Нефть. Загрязнение биосферы нефтепродуктами и его последствия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Состав и свойства нефти

1.2 Происхождение и нахождение в природе

1.3 Основные продукты переработки

1.4 Загрязнение биосферы нефтепродуктами и его последствия

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1 Отбор пробы

2.2 Определение концентрации нефтепродуктов

2.3 Определение концентрации H₂S

Глава 3. Обсуждение результатов

Выводы

Список литературы

Введение

Объектом нашей работы является количественное содержание нефтепродуктов почвы, подверженной техногенному воздействию.

Предметом работы является в степени загрязненности почвы нефтепродуктами.

Цель нашей работы состоит в выявление степени загрязненности почвы района парка "Комсомольский" г. Абакана.

В соответствии с целью перед нами были поставлены следующие задачи:

1. Изучить литературу по теме "Нефть. Загрязнение биосферы нефтепродуктами и его последствия"

2. Апробация метода исследования содержания нефтепродуктов и сероводорода в пробах почвы.

3. Определение степени загрязненности почвы в районе парка "Комсомольский" г. Абакана.

4. Выявление зависимости содержания нефтепродуктов и H₂S в пробах почвы.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Нефть и продукты её переработки в биосфере

Нефть - это жидкий горючий минерал, относящийся к каустобиблитам. По составу нефть - сложная смесь жидких углеводородов, сернистых, кислородных и органических соединений, в которых так же растворены твердые углеводороды и смолистые вещества. Кроме того, в нефти часто растворены и газообразные предельные углеводороды.

По внешнему виду нефть - маслянистая, чаще темная жидкость, флуорисцирующая на свету. Цвет ее зависит от содержания и строения смолистых веществ[1].

1.1 Состав и свойства нефти

Главнейшим свойством нефти, принесшим им мировую славу исключительных энергоносителей, является их способность выделять при сгорании значительное количество теплоты. Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания. Теплота сгорания нефти - 41 МДж/кг, бензина - 42 МДж/кг. Важным показателем для нефти является температура кипения, которая зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С[2].

Нефть, как и любая жидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразное состояние. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при различной температуре. Так, температура кипения метана -161,5°С, этана -88°С, бутана 0,5°С, пентана 36,1°С. Легкие нефти кипят при 50-100°С, тяжелые - при температуре более 100°С.

Различие температур кипения углеводородов используется для разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180-200°С выкипают углеводороды бензиновой фракции, при 200-250°С - лигроиновой, при 250-315°С - керосиново-газойлевой и при 315-350°С - масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6-10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит из углеводородов с , газойлевая - и т.д.

Важным является свойство нефти растворять углеводородные газы. В 1 м³ нефти может раствориться до 400 м³ горючих газов. Большое значение имеет выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности воды, измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 0,90 - средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 - тяжелыми. В тяжелой нефти содержатся в основном циклические углеводороды[3]. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать ее вязкость.

Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. У легкой нефти вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей транспортировке тяжелые нефти подогревают.

Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникает поверхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используются при добыче нефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличения нефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Нефть имеет неодинаковые оптические свойства. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые - бурым и желто-бурым. Это используется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытом буровой скважиной, нефтеносных пластов.

Элементный состав нефти

Нефти состоят главным образом из углерода - 79,5 - 87,5 % и водорода - 11,0 - 14,5 % от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента - сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 - 8 %. В незначительных концентрациях в нефти встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,02 - 0,03 % от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти.

Кислород и азот находятся в нефти только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.

1.2 Происхождение и нахождение в природе

Залежи нефти находятся в недрах Земли на разной глубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами. Если она находится под давлением газов, то поднимается по скважине на поверхность Земли[4].

Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. Существует множество мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудам главным образом советских геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей удалось выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее время установлено, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических веществ.

Наиболее благоприятные условия для формирования нефти - морские, с так называемым некомпенсированным прогибанием. В теплых водах, на дне доисторического моря, веками накапливалась сапропель - глинистая почва, перемешанная с органическими останками умерших рыб, водорослей, моллюсков и прочей живности. В ней шла биохимическая стадия образования нефти. Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывали белки, углеводы и т.д. При этом образовывался метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Данная стадия происходила в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотнился: произошел диагенез. Вследствие природных процессов дно моря опускалось, а сапропель накрывали материалы, которые из-за природных разрушений или потоками воды сносились с гор. Органика попадала в застойные, бескислородные условия. Когда сапропель опустилась до глубины в 1,5 км, подземная температура достигла 100°C и стала достаточной для нефтеобразования.

Начинаются химические реакции между веществами под действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более простые. Биохимические процессы затухают. Потом породу должна накрыть соль (в Прикаспийской впадине ее толщина достигает 4 км) или глина. С увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5-8,5 км идет образование жидких углеводородов - микронефти - при температуре от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150-200°С образуется метан. По мере уплотнения сапропели микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является периодом формирования самого месторождения.Весь процесс занимает сотни миллионов лет.

Теории образования нефти

Один из первых, кто высказал научно обоснованную концепцию о происхождении нефти, был М.В. Ломоносов. В середине XVIII века в своём тракте "О слоях земных" великий русский учёный писал, что нефть произошла из каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал, преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть. М.В. Ломоносов первый указал на связь между горючими полезными ископаемыми - углём и нефтью и выдвинул первую в мире гипотезу о происхождении нефти из растительных остатков.

В XIX среди ученых были распространены идеи, близкие к представлениям М.В. Ломоносова. Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов.

В конце XIX в., когда в астрономии и физике получило развитие применение спектральных методов исследования и в спектрах различных космических тел были обнаружены не только углерод и водород, но и углеводороды, русский геолог Н.А. Соколов выдвинул космическую гипотезу образования нефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не объясняет ни географического, ни геологического распределения нефтяных месторождений.

Академик В.И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся в органическом мире.

Предшественники академика И.М. Губкина, русские геологи Андрусов и Михайловский также считали, что на Кавказе нефть образовалась из органического материала. По мнению И.М. Губкина, родина нефти находится в области древних мелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и нефть - члены одного и того же генетического ряда горючих ископаемых.

Уголь образуется в болотах и пресноводных водоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получается главным образом из низших растений и животных, но в других условиях. Нефть постепенно образовывалась в толще различных по возрасту осадочных пород, начиная от наиболее древних осадочных пород - кембрийских, возникших 600 млн. лет назад, до сравнительно молодых - третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад. Накопление органического материала для будущего образования нефти происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей и морем.

И.М. Губкин дал критический анализ проблемы происхождения нефти и разделил органические теории на три группы: теория, где преобладающая роль в образовании нефти отводится погибшим животным; теория, где преобладающая роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теория смешанного животно-растительного происхождения нефти.

Последняя теория, детально разработанная И.М. Губкиным, носит название сапропелитовой от слова "сапропель" - глинистый ил - и является господствующей. В природе широко распространены различные виды сапропелитов.

Различие в исходном органическом веществе является одной из причин существующего разнообразия нефти. Другими причинами являются различие температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразования пород, в которых заключена нефть.

В СССР были проведены исследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов в образовании нефти. Т.Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейших микроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых, интересных сведений. Она установила, что в нефти, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.

1.3 Продукты переработки нефти

Первичная переработка нефти заключается в ее перегонке. Перегонку производят на нефтеперерабатывающих заводах после отделения попутных газов. При перегонке нефти получают светлые нефтепродукты: бензин (т. кип. от 40 до 150... 200°С), лигроин (т. кип. 120...240°С), керосин (т. кип. 150...300 °С), газойль--соляровое масло (т. кип. выше 300 °С), а в остатке -- вязкую черную жидкость мазут. Мазут подвергают дальнейшей переработке. Его перегоняют под уменьшенным давлением (чтобы предупредить разложение) и выделяют смазочные масла: веретенное, машинное, цилиндровое и др. Из мазута некоторых сортов нефти выделяют вазелин и парафин. Остаток мазута после отгонки называют нефтяным пеком или гудроном.

Продукты перегонки нефти имеют различное применение. Табл1[7].

При вторичных методах переработки нефти и происходит изменение структуры углеводородов, входящих в ее состав. Среди этих методов большое значение имеет крекинг (расщепление) углеводородов нефти, проводимый для повышения выхода бензина.

Термический крекинг проводится при нагревании исходного сырья (мазута и др.) при температуре 450...550 °С и давлении 2...7 МПа. При этом молекулы углеводородов с большим числом атомов углерода расщепляются на молекулы с меньшим числом атомов как предельных, так и непредельных углеводородов. Например:



Таким способом получают главным образом автомобильный бензин. Выход его из нефти достигает 70%.

Термический крекинг открыт русским инженером В.Г. Шуховым в 1891 г.

Каталитический крекинг производится в присутствии катализаторов (обычно алюмосиликатов) при 450 °С и атмосферном давлении. Этим способом получают авиационный бензин с выходом до 80%. Такому виду крекинга подвергается преимущественно керосиновая и газойлевая фракции нефти. При каталитическом крекинге наряду с реакциями расщепления протекают реакции изомеризации.

В результате последних образуются предельные углеводороды с разветвленным углеродным скелетом молекул, что улучшает качество бензина.

Важным каталитическим процессом является ароматизация углеводородов, т. е. превращение парафинов и циклопарафинов в ароматические углеводороды.

При нагревании тяжелых фракций нефтепродуктов в присутствии катализатора (платины или молибдена) углеводороды, содержащие 6...8 атомов углерода в молекуле, превращаются в ароматические углеводороды. Эти процессы протекают при риформинге (облагораживании бензинов).

При крекинг-процессах образуется большое количество газов (газы крекинга), которые содержат главным образом предельные и непредельные углеводороды. Эти газы используют в качестве сырья для химической промышленности[15].

При температурах 700...1000°С проводят пиролиз (термическое разложение) нефтепродуктов, в результате которого получают главным образом легкие алкены -- этилен, пропилен и др. и ароматические углеводороды. При пиролизе возможно протекание следующих реакций:

Для улучшения свойств бензиновых фракций нефти они подвергаются каталитическому риформингу, который проводится в присутствии катализаторов из платины или платины и рения. При каталитическом риформинге бензинов происходит образование ароматических соединений из алканов, например:

Циклоалканы превращаются в ароматические соединения, подвергаются изомеризации, гидрированию, например

Ароматические углеводороды теряют при риформинге боковые цепи, например

В последние годы (наряду с увеличением выработки топлива и масел) углеводороды нефти широко используют как источник химического сырья. Различными способами из них получают вещества, необходимые для производства пластмасс, синтетического текстильного волокна, синтетического каучука, спиртов, кислот, синтетических моющих средств, взрывчатых веществ, ядохимикатов, синтетических жиров и т.д.

В природном газе содержатся углеводороды с небольшой относительной молекулярной массой. Он имеет следующий примерный состав (по объему): 80...90% метана, 2...3% его ближайших гомологов -- этана, пропана, бутана и небольшое содержание примесей -- сероводорода, азота, благородных газов, оксида углерода (IV) и паров воды.

К природным газам относятся и так называемые попутные газы, которые обычно растворены в нефти и выделяются при ее добыче. В попутных газах содержится меньше метана, но больше этана, пропана, бутана и высших углеводородов. Кроме того, в них присутствуют в основном те же примеси, что и в других природных газах, не связанных с залежами нефти, а именно: сероводород, азот, благородные газы, пары воды, углекислый газ. Природный газ широко используют как дешевое топливо с высокой теплотворной способностью (при сжигании 1 м³ выделяется до 54 400 кДж). Это один из лучших видов топлива для бытовых и промышленных нужд. Кроме того, природный газ служит ценным сырьем для химической промышленности.

Каменноугольная смола служит источником ароматических углеводородов. Ее подвергают ректификационной перегонке и получают бензол, толуол, ксилол, нафталин, а также фенолы, азотсодержащие соединения и др. Пек -- густая черная масса, оставшаяся после перегонки смолы, используют для приготовления электродов и кровельного толя[6].

Таблица 1 Продукты переработки нефти и газа.

Природный газ	Бытовое и промышленное топливо. Сырье для производства синтетических УВ. Производство сажи.
Сжиженный природный газ	Бытовое и промышленное топливо, освещение. Сырье для производства синтетических УВ.
Заводской газ. Неконденсированный газ.	Водород. Резка металлов и производство синтетических УВ
Сжиженный газ.	Отопление, приготовление пищи. Моторное топливо.
Сырая нефть
Легкие дистилляты.
Бензин.	Автомобильный, авиационный бензин. Растворители. Сырье для производства синтетических химических продуктов.
Керосин.	Инсектициды, топливо для реактивных двигателей, печей, тракторов, осветительных приборов.
Средние дистилляты
Светлые масла	Используются при выпечке хлеба, упаковки фруктов, яиц, изготовление конфет. Медицинские масла, мази и кремы, косметика.
Насыщенные масла	Масла для обработки дерева, кожи.
Эмульгированные масла	Используются при резании, изготовлении бумаги, текстиля, выделке кожи.
Масла для электротехники	Трансформаторное масло, масла для масляных выключателей, масла для регенерации металлов.
Парафины	Медицинские парафины. Консервированные парафины, синтетические смазки.
Тяжелые дистилляты
Жирные кислоты, спирты, сульфаты	Жиры и моющие средства, смазки, добавки при производстве резины. Бытовые смачивающие средства.
Смазочные масла	Веретенное, турбинное, трансформаторное, компрессорное масла. Масла для холодильников, измерительных приборов, моторные, дизельные, авиационные. Типографская краска.
Вазелин	Косметика, желе, мази, добавки в резину, покрытие изоляционных кабелей, проводов.
Остаточные топлива	Масла для металлургии и речных судов, железнодорожных локомотивов.
Остатки перегонки
Асфальт	Кровельный материал, гудрон, основы красок, дорожное покрытие, изоляционные битумы.
Кокс	Угольные электроды, угольные щетки. Металлургический кокс, топливо (кислый кокс)
Гудрон	Сульфокислоты. Эмульгаторы, Деэмульгаторы.
Тяжелый мазут	Топливо нефтеперерабатывающих заводов.



Рис.1 Состав и применение нефти.

1.4 Загрязнение биосферы нефтепродуктами и его последствия

Нефтяное загрязнение почв относится к числу наиболее опасных, поскольку оно принципиально изменяет свойства почв, а очистка от нефти очень сильно затруднена. Являясь веществом природного происхождения, нефть и все продукты ее переработки в биосферу поступают исключительно путем техногенеза. Добыча самой нефти, ее транспортировка, переработка, использование продуктов, полученных на основе нефти, являются серьезными факторами загрязнения окружающей среды. Последствия для почв, вызванные нефтезагрязнением, можно без преувеличения назвать чрезвычайными. Нефть обволакивает почвенные частицы, почва не смачивается водой, гибнет микрофлора, растения не получают должного питания. Присутствие в почве "лишней органики" ведет к снижению содержания в ней кислорода, исчезновению плодородного слоя, подавлению фотосинтеза в растениях. Исследования показали, что в загрязненных почвах снижается активность большинства почвенных ферментов. При любом уровне загрязнения ингибируются гидролазы, протеазы, нитратредуктазы, дегидрогеназы почв, несколько повышается уреазная и каталазная активности почв. Дыхание почв также чутко реагирует на нефтяное загрязнение.

В первый период, когда микрофлора подавлена большим количеством УВ, интенсивность дыхания снижается, с увеличением численности микроорганизмов интенсивность дыхания возрастает. В то же время, органическое вещество нефтепродуктов может являться источником энергии для анаэробных микроорганизмов, одним из продуктов жизнедеятельности которых является сероводород. Определение концентрации сероводорода в почвенной вытяжке позволяет прогнозировать содержание нефтепродуктов в почве. Т. к. с участием анаэробных микроорганизмов в почве происходят различные процессы разрушения органических веществ. Некоторые бактерии используют для окисления органики кислород сульфатов, при этом выделяется сероводород[21].

Сероводоромд (H₂S) -- бесцветный термически неустойчивый (при температурах больше 400 °C разлагается на простые вещества -- S и H₂), ядовитый газ тяжелее воздуха с неприятным запахом тухлых яиц.

Встречается в природе в составе нефти, природного газа, вулканического газа и в горячих источниках.

Физические свойства

Температура плавления: ?86 °C (187 K), температура кипения: ?60 °C (213 K), молекулярная масса 34,1 а. е. м.. В отличие от молекул воды, молекулы сероводорода водородных связей не образуют. Бесцветный газ, немного тяжелее воздуха, хорошо растворяется в воде(сероводородная кислота), является ядом, имеет запах похожий на запах тухлых яиц.

Так как, в настоящее время, нефтепродукты являются одним из важнейших энергоносителей для человечества, и тенденция продлится, как минимум, на ближайшие 20 лет, проблема попадание нефти в гидросферу Земли остается достаточно актуальной.

Гораздо большую опасность таит в себе использование нефти и газа в качестве топлива. При сгорании этих продуктов в атмосферу выделяются в больших количествах углекислый газ, различные сернистые соединения, оксид азота и т.д[22]. От сжигания всех видов топлива, в том числе и каменного угля, за последние полвека содержание диоксида углерода в атмосфере увеличилось почти на 288 млрд. т, а израсходовано более 300 млрд. т кислорода[8].

Уменьшение количества кислорода и рост содержания углекислого газа, в свою очередь, будут влиять на изменение климата. Молекулы диоксида углерода позволяют коротковолновому солнечному излучению проникать сквозь атмосферу Земли и задерживают инфракрасное излучение, испускаемое земной поверхностью. Возникает так называемый "парниковый эффект", и среднепланетная температура повышается. Предполагают, что потепление с 1880 г. по 1940 г. в значительной степени следует отнести за этот счет[9].

Немалый вклад в отравление атмосферы вносят различные заводы, тепло- и электростанции. Средней мощности электростанция, работающая на мазуте, выбрасывает ежесуточно в окружающую среду 500 т серы в виде сернистого ангидрита, который, соединяясь с водой, тотчас же дает сернистую кислоту. Загрязнение атмосферы различными вредными газами и твердыми частицами приводит к тому, что воздух крупных городов становится опасным для жизни людей[10].

Общая особенность всех нефтезагрязненных почв - изменение численности и ограничение видового разнообразия педобионтов (почвенной мезо - и микрофауны и микрофлоры). Типы ответных реакций разных групп педобионтов на загрязнение неоднозначны:

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

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

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

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

Прослеживается снижение активности различных необходимых ферментов, даже при незначительной величине загрязнения.

Итак, процессы естественной регенерации биогеоценозов на загрязненных территориях идут медленно, причем темпы становления различных ярусов экосистем различны.

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В качестве метода исследования был выбран метод флюориметрии, суть которого заключается в регистрации свечения(фосфорисценции) со времени затухания более 100 микросекунд, длящегося после отключения источника света.

2.1 Отбор пробы

Отбор пробы производился по общепринятым методикам. Пробы отбирались в разных местах и на разной глубине, для полного отражения состава образца, используя специальные пробоотборники. После отбора проб осуществлялся процесс гомогенизации, включающий операции измельчения (дробления), просеивания и просушивания[12].

Упрощенную пробоподготовку рекомендуется проводить при анализе свежезагрязненных и фоновых проб. Навеску почвы (табл.2), помещают в сухую коническую колбу вместимостью 100 см³ гексана и экстрагируют в течение 15 минут при встряхивании. Полученный экстракт фильтруют через подготовленный фильтр "красная лента", ополаскивают колбу 5см ³ гексана и промывают им почву на фильтре, объединяя фильтраты. Затем раствор переводят в мерную колбу вместимостью 25см³ , доводят до метки гексаном, перемешивают.

Измерение производят на приборе "Флюорат-02-2М".

Градуировку прибора осуществляют путем измерения сигналов флуоресценции чистого растворителя - гексана и раствора нефтепродуктов в гексане. Измерение подготовленных проб производят на том же светофильтре.

Таблица 2 Навеска почвы в зависимости от типа и ожидаемого содержания нефтепродуктов

Типы почвы	Ожидаемое содержание нефтепродуктов, мг/г	Масса навески, г
Почвы (грунты) в черте города и возле промышленных объектов.	0,1 - 1	0,5

2.2 Определение концентрации Н₂S

Методика предназначена для определения в почве Н₂S в местах, где постоянно имеется загрязнение нефтепродуктами, особенно в прибрежной почве рек и других водоемов. Определение основано на окислении сероводорода йодом, выделившемся при взаимодействии йодида калия с КMnO₄ в кислой среде (метод Федорова). Нижний предел обнаружения - 0,32 мг/кг почвы, точность измерения 25%, измеряемые концентрации - 0,32-2300 мг/кг. ПДК сероводорода 0,4 мг\кг почвы[18].

Определение

Помещают 100 г почвы в коническую колбу, приливают 200 мл бидистиллированной воды, колбу закрывают пробкой и встряхивают 3 мин. Затем раствор фильтруют через складчатый фильтр. Вносят в коническую колбу 100 мл фильтрата, добавляют несколько капель H₂SO₄, приливают 1 мл 10 %-ного раствора KI, взбалтывают и приливают из бюретки 0,01 М раствор КМnО₄ до появления желтой окраски.

Избыток йода оттитровывают раствором Na₂S₂O₃, прибавляя к концу титрования несколько капель 1 %-ного раствора крахмала.

Глава 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Определение концентрации нефтепродуктов

В ходе эксперимента была исследована территория парка "Комсомольский" по ул. Аскизской г. Абакана на предмет содержания нефтепродуктов в почве. Это территория испытывает воздействие заправочных станций, 2х автодорог, частного и жилого сектора. В 2005 году произошла крупная авария на одной из работающих АЗС. В данный момент идет активное строительство парка, на территории которого располагаются АЗС (Рис. 2).

Рис. 2 Схема места забора проб.

Обработка результатов измерений

Концентрацию нефтепродуктов в пробе вычисляют по формуле:

где X - содержание НП в пробе почв, мг/г

C_изм - концентрация НП в гексановом растворе, измеряется на приборе

V_г - конечный объем гексанового раствора , дм³

K - разбавление экстракта

m - масса навески почвы, г

Номер пробы	Значение на приборе	Концентрация нефтепродуктов, мг\л
X1	2, 28	3, 01
X2	4,24	5,59
X3	1,53	2,01
X4	1,46	1,92
X5	1,25	1,65
X6	1,48	1,95
X7	1,29	1,70
X8	1,23	1,62
X9	1,20	1,58
Xср	1,77	2,33

По данным эксперимента выявили, что изменение концентрации происходило по линейной зависимости от изменения расстояния АЗС (рис. 3) и значительно превышает ПДК = 0,3 в 5,5 раз[16]. Это свидетельствует о сильной загрязненности территории.

Таблица 3 Концентрация нефтепродуктов.

Проба	Расстояние от АЗС, м	Концентрация НП, мг/л	Погрешность
1	10	3,01	+-1,05
2	20	5,59	+-1,95
3	30	2,01	+-0,7
4	40	1,92	+-0,67
5	50	1,65	+-0,57
6	60	1,95	+-0,68
7	70	1,7	+-0,59
8	80	1,62	+-0,56
9	90	1,58	+-0,55

Рис. 3. Расчет концентрации нефтепродуктов в пробах почвы

Практически линейный характер зависимости количества нефтепродуктов в почве от расстояния от АЗС позволяет предположить о влиянии последней как основного загрязняющего фактора на данной территории. Общий высокий фон содержания нефтепродуктов на участке свидетельствует о сильном загрязнении этой территории данной группой соединений.

техногенный почва нефтепродукт

3.2 Определение концентрации H₂S

Концентрацию H₂S рассчитывают следующим образом : 1 мл 0,01н раствора йода соответствует 0,17 мг H₂S.

Табл.2 Концентрация сероводорода.

Номер пробы	Объем КМпО4, мл	Объем Na2S2O3 0,005М, мл	Концентрация H2S, мг\л
1	0,5	2	0,255
2	0,3	3,5	0,561
3	0,3	6,2	1,003
4	0,3	11,2	1,853
5	0,5	7,3	1,156
6	0,8	11,4	1,802
7	0,4	7,5	1,207
8	1,2	5,2	0,680
9	0,6	7,6	1,190

Рис.4 Концентрация H₂S

Рис. 5 Концентрации H₂S и нефтепродуктов

Содержание сероводорода в исследуемых пробах низкое (не превышает 1,85 мг/л), что, по-видимому, является следствием незначительной микробиологической переработки НП. Это можно считать дополнительным фактором, свидетельствующим о сильной загрязненности данной территории.

Одним из способов очистки почв от нефтепродуктов при малых уровнях загрязнения является внесение удобрений, стимулирующих развитие микрофлоры и растений[19]. В результате углеводороды частично минерализуются, некоторые их фрагменты входят в состав гуминовых веществ. Обнаруженная в ходе исследования зависимость содержания нефтепродуктов и сероводорода позволяет предположить о возможности почвы к самоочищению при создании благоприятных условий для развития микрофлоры[20].

Выводы

1. Изучена литература по теме "Нефть. Загрязнение биосферы нефтепродуктами и его последствия".

2. Апробирован метод исследования содержания нефтепродуктов в пробах почв, для этих целей был выбран метод фосфоресценции, который оказался более удобным, надежным, при этом произошло закономерное снижение концентраций.

3. Апробирован метод исследования содержания H₂S в пробах почв, для этого был выбран метод Федорова, характеризующийся быстротой и надежностью результатов.

4. Была определена степень загрязненности проб почв, подверженных антропогенному загрязнению

5. Выявлена зависимость содержания нефтепродуктов и Н2S в пробах почвы

6. Обнаруженная в ходе исследования зависимость содержания нефтепродуктов и сероводорода позволяет предположить возможности почвы к самоочищению при создании благоприятных условий для развития микрофлоры

Литература

1. Эрих. В.Н. Химия и технология нефти и газа. Уч.пособие для техникумов.- Л. "Химия", 1992

2. Азимов. А. Мир углерода. Перев. С англ. А.Иорданского. М, "Химия", 1992

3. Степаненко. Б.Н. Курс органической химии. Изд. 4-е, перераб. и доп. Учебник для вузов. М, "Высшая школа", 1992

4. Васильев. Ю.П. Уголь, нефть и природный газ в США. Научное издание. - М. 1968

5. Перекалин. В.В. Органическая химия. Учеб. Пособие для студентов пед.институтов по химии и биологии. спец. - 4-е изд.,перераб. - М. "Просвещение", 1992

6. Грандберг. И.И. Органическая химия : Учеб. для с/х и биол. спец. вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: "Высшая школа", 1987

7. www.Krugosvet.ru

8. "Экология южной Сибири и сопределенных территорий". Выпуск №10. том 2. 2006

9. www. Ya - obrazovan. ru

10. Журнал "Химия и жизнь". №2. Л. Стрельникова. "Юкос всерьез занялся наукой". 2004

11. www. Press Lukoil. ru журнал "Нефть"

12. О.А. Золотов. Основы аналитической химии. В 2кн. Общие вопросы. Методы.2 изд. Перераб. и доп. - М.: Высш.шк.,2002

13. Руководство по эксплуатации анализатора жидкости типа "Флюорат - 02". Модификация "Флюорат - 02-ГМ". Санкт - Петербург. Общество с определенной ответственностью "ЛЮМЭКС". 2004

14. www. Skrin.ru_ новости энергетики

15. Соколов. Р.С. : Учеб. пособие для студ. высш. заведений : в 2х т : - М. : Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000. - т.2. Металлургические процессы. Переработка химического топлива. Производство органических веществ и полимерных материалов.

16. Протасов. В.Ф., Матвеев.А.С. "Экология". Учебное пособие и справочное пособие. М, "Финансы и статистика". 2001

17. Алексеев В.Н. Количественный анализ. Под ред. д-ра хим. наук П.К. Агасяна. Издание 4-е, перераб. М., "Химия". 1972. - 504 с.

18. Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1999. - 768 с.

19. Еремин В.Г., Сафронов В.В., Соломенцева Ю.М. Экологические основы природопользования. - М.: Высшая Школа, 2002. - 253 с.

20. http://biology.krc.karelia.ru/misc/atl/ra33d.htm. Безуглова Э.Ю., Абросимова Ю.Е. Качество атмосферного воздуха в городах России.

21. www.ecoportal.ru\

22. Феоктистова. В.С. Проблемы региональной экологии. 2000, №8.-С. 185-186.

Размещено на Allbest.ru