ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И КОНТРОЛЮ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ
МЕТЕОРОЛОГИИ
ВРЕМЕННЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО КОНТРОЛЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ
Часть II
Под редакцией
канд. физ.-мат. наук С. Г. МАЛАХОВА
МОСКВА. МОСКОВСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
ГИДРОМЕТЕОИЗДАТА - 1984
Вторая часть "Временных
методических рекомендаций по контролю загрязнения почв включает в себя описание
контроля загрязнения почв нефтепродуктами, а также комплекс методов,
позволяющих оценивать изменения агрохимических и биологических свойств почвы
под влиянием загрязняющих веществ. К последним относятся методы определения
ферментативной активности, интенсивности дыхания почвы, содержания в почве
углерода, фосфора, азота и сульфатов.
Рекомендации предназначены для
лабораторий контроля загрязнения почв Госкомгидромета СССР как части
Общегосударственной службы наблюдения и контроля загрязнения почв. Они будут
полезны работникам лабораторий других ведомств, занимающихся определением
уровней загрязнения почв, а также научным работникам и специалистам, работающим
над проблемой охраны почв от загрязнений или интересующихся ею.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящие рекомендации являются продолжением
(второй частью) "Временных методических рекомендаций по контролю
загрязнения почв", изданных в 1983 г. Гидрометеоиздатом.
В первую часть Рекомендаций
вошли методики отбора проб почвы, методики определения в этих пробах
хлорорганических и фосфорорганических пестицидов, гербицидов
(2,4-Д-симтриазинов), валовых количеств металлов, форм соединений металлов,
фторидов, методика определения рН почвы и выпадений. В первой части кратко
описана методика определения выпадений металлов из атмосферы. Кроме того,
отдельно даны рекомендации по метрологическому обеспечению проводимых измерений
(по методике внутреннего и внешнего контроля достоверности результатов
измерений).
Настоящая (вторая) часть
Рекомендаций включает методику определения содержания в почвах нефтепродуктов.
Основное же внимание уделено методам оценок последствий загрязнения почв - методам
оценок изменения основных агрохимических и биологических свойств почвы под
влиянием антропогенного загрязнения. Во второй части приведены методики
определения содержания в почвах углерода, подвижного фосфора, аммиачного азота,
нитратного азота, обменных сульфатов, методики измерения ферментативной
активности почв.
В составлении отдельных
разделов второй части методических рекомендаций принимали участие: сотрудник
МГУ им. М.В. Ломоносова канд. геогр. наук Ю.И. Пиковский, сотрудники ИЭМ: канд.
хим. наук Л.С. Эрнестова (раздел IV), канд. биол. наук Э.И. Гапонюк (разделы V и VI), м.н.с. Н.П. Кремленкова (раздел V и VI).
Общая редакция осуществлена
канд. физ.-мат. наук С.Г. Малаховым.
РАЗДЕЛ
IV.
КОНТРОЛЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ НЕФТЕПРОДУКТАМИ
IV.1.
Введение
Загрязнением почв нефтью (Н) и
нефтепродуктами (НП) считается увеличение концентраций этих веществ до такого
уровня, при котором:
нарушается экологическое
равновесие в почвенной системе;
происходит изменение
морфологических, физико-химических и химических характеристик почвенных
горизонтов;
изменяются водно-физические
свойства почв;
нарушается соотношение между
отдельными фракциями органического вещества почвы, в частности между липидной и
гумусовой составляющими;
создается опасность вымывания
из почвы Н и НП и вторичного загрязнения грунтовых и поверхностных вод.
Уровень допустимой концентрации
Н и НП в почвах, при котором не наблюдается перечисленных выше явлений, не
везде одинаков. Он будет различаться в зависимости от:
почвенно-климатической зоны;
типа почвы;
состава Н и НП, попавших в
почву.
В среднем нижний предел
концентраций Н и НП в загрязненной почве изменяется от 0,1 до 1,0 г/кг.
Критерием также может служить концентрация выше 0,05 мг/л Н и НП в воде,
профильтрованной через загрязненную почву.
Контроль за загрязнением почв
нефтью и нефтепродуктами осуществляется вблизи наиболее вероятных мест
импактного загрязнения:
нефтепромыслов, нефтепроводов,
нефтеперерабатывающих заводов, нефтехранилищ. Основные задачи контроля состоят
в следующем:
определение источника и центра
разлива Н и НП;
определение потока нефти по
площади и по глубине почвенного профиля;
определение направления
движения потока и возможного ареала дальнейшего загрязнения;
идентификация продуктов
загрязнения;
установление характера сопутствующего
загрязнения почв (минеральными солями, токсичными металлами, канцерогенными
веществами);
установление степени и
характера трансформации почв и растительности, загрязненности вод;
определение возможности
самоочищения почв и эффективности мероприятий по ликвидации последствий
загрязнения;
оценка ущерба, нанесенного
природе и сельскому хозяйству. Основной метод контроля - изучение морфологии
почвенного профиля, определение содержания Н и НП в образцах почв и грунтовых
вод.
В настоящем разделе дана краткая
характеристика главных потенциальных источников загрязнения почв Н и НП,
приводятся методика отбора проб, методика диагностики нефтяных загрязнений в
почвах и определения концентраций нефти и нефтепродуктов.
IV.2. Характеристика нефти и
продуктов ее переработки
Нефть - маслянистая жидкость,
представляющая собой сложный природный раствор органических соединений, в
основном углеводородов. В углеводородах растворены высокомолекулярные
смолисто-асфальтеновые вещества, а также низкомолекулярные кислород-, азот- и
серусодержащие органические соединения. Кроме того, в нефти растворены и
некоторые неорганические вещества: вода, соли, сероводород, соединения металлов
и других элементов.
Нефть в природе довольно
разнообразна. По внешнему виду она различается по цвету (от почти бесцветной до
темно-коричневой) и вязкости (от весьма подвижной до густой малоподвижной).
Соотношение компонентов, входящих в состав нефти, определяет ее тип, физические
свойства, состав. Изменение состава и свойств нефти отражается прежде всего на
удельном весе, который колеблется от 0,80 до 0,95. Нефть с большим или меньшим
удельным весом встречается редко.
В составе нефти различают
следующие классы углеводородов:
алифатические (метановые);
циклические насыщенные
(нафтеновые);
циклические ненасыщенные
(ароматические).
Имеются также смешанные
(гибридные) углеводороды: метано-нафтеновые, нафтеново-ароматические.
Среди метановых углеводородов в
нефти имеются газообразные, жидкие и твердые. Газообразные (метан, этан, бутан
и др.) растворены в жидких углеводородах и выделяются при изменении давления.
Твердые высокомолекулярные углеводороды (парафины) также находятся в
растворенном состоянии. Их попадание в почву особенно опасно, так как, имея
низкую температуру застывания, парафины прочно закупоривают все каналы, по
которым происходит обмен веществ между почвой и растением, почвой и атмосферой.
Нефть с преобладанием метановых
углеводородов относится к метановому типу. Среди ее разновидностей выделяется
высокопарафинистая нефть (содержание парафина более 6 %), парафинистая (1,5-6,0
%) и малопарафинистая (менее 1,5 %).
Нафтеновые углеводороды
присутствуют во всех типах нефти, но нефть с преобладанием этого класса
углеводородов встречается редко. Среди ароматических углеводородов преобладают
низкомолекулярные структуры (бензол, толуол, ксилол, нафталины). В подчиненном
количестве имеются гомологи 3-6-кольчатых углеводородов (полициклические
ароматические углеводороды - ПАУ). В некоторых разновидностях нефти ПАУ
содержат значительное количество 3,4-бенз(а)пирена и других канцерогенных
углеводородов.
Высокомолекулярные
ароматические структуры, содержащие также кислород, серу, азот, представляют
смолы и асфальтены. Смолы - вязкие вещества, асфальтены - твердые. Те и другие
растворены в жидких углеводородах. Высокое содержание смол и асфальтенов в
нефти определяет увеличение ее удельного веса и вязкости. Такие нефти
малоподвижны, но могут создать устойчивый очаг загрязнения в почве.
Смолистые нефти не содержат,
как правило, твердых парафинов, а высокопарафинистые нефти - заметного
количества смолисто-асфальтеновых веществ. Нафтеновые нефти содержат
минимальное количество тех и других.
Существенное значение имеет
содержание серы в нефти. Кроме элементной серы, в нефти присутствуют некоторые
специфические сернистые соединения (меркаптаны, сульфиды, тиофаны), дающие
специфический запах. Присутствие сернистых соединений увеличивает токсичность
нефти.
По содержанию серы нефть бывает
малосернистая (менее 0,5 %), сернистая (0,5-2,0%), высокосернистая (более
2,0%).
Нефть разделяется на фракции по
температуре кипения смесей различных углеводородов. Углеводороды, вскипающие до
200 °С, относятся к бензиновой, вскипающие в интервале 200-300 °С, -
керосиновой, от 300 до 400 °С - газоилевой фракциям.
Нефть, богатая бензиновой
фракцией, быстрее испаряется, и ее воздействие на природную среду относительно
кратковременно. Углеводороды, вскипающие при высоких температурах, довольно
устойчивы и очищение от них компонентов природной среды проходит с трудом.
В табл. IV.2.1
отмечены некоторые свойства разных типов нефти. Тип нефти зависит от многих
условий, связанных с формированием и существованием ее скоплений. В одном и том
же районе можно встретить разные типы нефти. Часто наблюдается определенная
зональность по площади и по толще нефтеносных пород в изменении состава нефти.
Из нефти получают несколько
тысяч различных продуктов, которые делятся на следующие основные группы:
топлива (бензины, лигроины,
керосины, реактивные, дизельные, котельные, газотурбинные топлива);
нефтяные масла;
парафины, церуины, вазелины;
нефтяные битумы;
осветительные керосины;
растворители;
прочие нефтепродукты (кокс,
сажа, смазки, органические кислоты и др.).
Таблица IV.2.1
Классификация нефти по углеводородному
составу и некоторым физико-химическим свойствам (по А.Ф. Добрянскому)
Свойства
нефти | Классы нефти |
Ароматические, ароматическо-нафтеновые | нафтеновые, нафтеново-ароматические | метано-нафтеновые | метановые |
Удельный вес при 20 °С | 0,9-0,95 | 0,87-0,91 | 0,83-0,87 | 0,80-0,83 |
Вязкость при. 50 °С | 2-10 | 1-3 | 1-2 | 1-1,5 |
Групповой состав
углеводородов: |
| метановые | 0-10 | 5-20 | 20-40 | 40-55 |
нафтеновые | 46-60 | 50-60 | 45-60 | 35-45 |
ароматические | 35-55 | 20-40 | 10-25 | 5-10 |
Выход бензиновых фракций, 200
°С | 5-15 | 10-25 | 25-35 | 30-45 |
Нефтепродукты состоят из тех же
компонентов сырой нефти, отделенных друг от друга и полученных из них путем
термокаталитических химических реакций. Топлива, например, - это жидкие
углеводородные продукты. Они различаются по температуре кипения:
начало кипения - 200 °С -
бензины (авиационные, автомобильные топлива);
200 - 300 °С - керосины,
лигроины (тракторные, реактивные топлива);
>300 °С - мазуты, газойли
(котельные, газотурбинные топлива).
Нефтяные битумы, наоборот, -
это твердые продукты, лишенные углеводородной составляющей. Они применяются в
строительстве, производстве изоляционных материалов, резины и др.
Парафины, церезины - это
твердые углеводороды, находящие применение в нефтехимии, пищевой
промышленности, медицине.
Масла - вязкие продукты,
состоящие из высокомолекулярных углеводородов. Применяются для смазок,
гидропередач, изоляций и других целей.
Природную среду загрязняют в
широких масштабах, главным образом, сырая нефть, топлива, масла, нефтяные
битумы, сажа. Наиболее распространены первые две группы веществ, самые
подвижные из всех. Через атмосферу широко распространяется сажа.
Токсичность разных типов нефти
и нефтепродуктов не одинакова.
Легкие фракции нефти и легкие
нефтепродукты (бензины, керосины) обладают наиболее сильным токсическим
действием на живые организмы. Но влияние этих продуктов происходит
непродолжительное время вследствие быстрого испарения, биодеградации и
рассеяния.
Тяжелые фракции нефти и тяжелые
нефтепродукты сильного токсического действия на организм не оказывав, но они
значительно ухудшают свойства почв, затрудняют газо- и водообмен в почвах,
затрудняют дыхание и питание растений. Эти компоненты очень устойчивы и могут
сохраняться в почвах в течение длительного времени (годы, десятки лет).
Важное свойство нефти и нефтепродуктов
- растворимость. Сами нефти и нефтепродукты хорошо растворяют различные
неорганические и органические вещества, среди которых могут находиться весьма
токсичные соединения. Например, из неорганических веществ - это сера, сернистые
соединения и другие. Из органических - канцерогенные углеводороды и многие
другие токсичные и ядовитые вещества.
Нефть и нефтепродукты при
комнатных и более низких температурах в воде практически не растворяются. В
среднем их растворимость составляет сотые доли процента. Но уже этого
достаточно, чтобы резко ухудшить качество воды. Обычно нефтяные компоненты
образуют с водой эмульсию, которую трудно разрушить. Чаще всего нефть плавает
на поверхности воды в виде пленки, обволакивает взвешенные частицы и оседает с
ними на дно.
Из отдельных классов
углеводородов лучше в воде растворяются ароматические, хуже - метановые.
Растворимость углеводородов в воде снижается от низкомолекулярных к
высокомолекулярным соединениям.
Нефть и нефтепродукты хорошо
растворяются в малополярных органических растворителях. Практически все
нефтяные компоненты полностью растворимы в бензоле, хлороформе, диэтиловом
эфире, сероуглероде, четыреххлористом углероде. Все эти вещества весьма
токсичные. Несколько менее других опасен хлороформ.
Неполярные органические
растворители - петролейный эфир, гексан - растворяют всю углеводородную часть
нефти, но не растворяют входящие в ее состав асфальтены и высокомолекулярные
смолы. Поскольку содержание асфальтенов в неизменной нефти обычно мало (1-2 %),
то этими растворителями часто пользуются для диагностики загрязнений: они не
растворяют полярные органические соединения, не имеющие отношения к нефти и
нефтепродуктам.
Нефти, нефтепродукты и другие близкие
им по составу соединения, находящиеся в природной среде (почвах, грунтах,
горных породах), имеют собирательное название "битуминозные
вещества". Сумму битуминозных веществ, извлеченных из этих природных
объектов органическими растворителями, называют битумоидами. Растворы
битумоидов обладают способностью люминесцировать в ультрафиолетовых лучах. Это
свойство можно использовать для диагностики загрязнений в почвах, изучения
качественных и количественных характеристик загрязняющих веществ [3].
IV.3. Возможные источники и
очаги загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами
Комментарии (0)
Чтобы оставить комментарий вам необходимо авторизоваться