Нефтепродукты в почве, методы обнаружения и способы удаления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский государственный университет» (МГУ)

КУРСОВАЯ РАБОТА

НЕФТЕПРОДУКТЫ В ПОЧВЕ, МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И СПОСОБЫ УДАЛЕНИЯ

Выполнила:

Петрова З.И.

МОСКВА 2010



Содержание

Введение

1. Нефтепродукты и их состав

1.1 Попадание нефтепродуктов в почву

1.2 Влияние нефтепродуктов на почву

1.3 Степень загрязненности почв

2. Методы обнаружения нефтепродуктов

2.1 Метод ИК-спектроскопии

2.2 Флуоресцентный метод

3. Способы удаления нефтепродуктов

3.1 Механический метод

3.2 Физико-химический метод

3.3 Биологический метод

3.4 Электрохимический метод

Заключение

Список использованных источников



Введение

На сегодняшний день нефть является самым используемым природным ресурсом. Наша страна занимает ведущее место по запасам нефти в мире. Мы полностью обеспечиваем себя топливными запасами и огромное количество экспортируем в другие страны. Развитие нефтяной отрасли является приоритетной для становления мировой экономики, поэтому добыча ее играет важную роль в экономике нашей страны.

Добываемая нефть в первом своем виде представляет собой, органическую массу, содержащую множество углеводородов различного состава (алканы, алкены, циклоалканы и др.), также в нее могут входить органические соединения, содержащие S, N, O. Она имеет комплексное применение (топливо, сырье для химической и нефтехимической промышленности и т. д.), поэтому нефть очень ценна и не даром ее прозвали «черным золотом».

В повседневной жизни мы используемся нефтепродуктами - это результат переработки и перегонки «сырой» нефти, в результате которой получаются такие продукты как бензин, керосин, дизельное топливо, нефтехимическое сырье, растворители и др.

Добыча и переработка данного сырья является не только одним из важных факторов экономики, но и одной из главных причин загрязнения экологии. Происходит разлив огромного количества нефти ее продуктов в почву и в водные ресурсы. Вместе с этим погибает фауна, микробный баланс вод и почв. Встает большое количество вопросов об очистке земельных участков и водных ресурсов, ищутся методы предотвращения и снижения негативных воздействий нефти и нефтепродуктов на природные ресурсы.

Урегулирование таких проблем как, слабая устойчивость окружающей среды к вредным воздействиям нефти и ее продуктов, решаются путем внедрения в практику эффективного хозяйственного механизма рационального природопользования.

Целью данной курсовой работы является рассмотрение методов обнаружения и способов удаления нефтепродуктов с почвенных покровов.

Для достижения данной целы были сформулированны следующие задачи:

1. Рассмотреть состав нефтепродуктов.

2. Изучить их влияние на почву.

3. Оценить степень загрязнения почвы нефтепродуктами.

4. Исследовать методы обнаружения их в почве.

5. Найти способы удаления нефтепродуктов с земных покровов.

Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.

Важнейшее значение почв состоит в накапливание органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится.

Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности.

С каждым годом все больше внимания уделяется проблемам, связанным с загрязнением окружающей среды. Наиболее остро данный вопрос стоит перед жителями крупных промышленных городов.



1. Нефтепродукты и их состав

Под названием «нефтепродукты» скрывается ряд веществ, полученных в результате смешивания углеводородов с их производными. Нефтепродукты - это большая группа продукции полученной на предприятиях нефтепереработки, нефтехимии и основного органического синтеза.

Химический состав нефтепродуктов. Основными элементами нефтепродуктов являются углерод (83 - 90% и выше), водород (8 - 13%), сера (0,01 - 7,5; в бензине 0 - 1,8; в дизельном дистилляте 0,1 - 4,0), кислород (0,02 - 4,5), азот (0 - 1,7%). Групповой состав большинства нефтепродуктов представлен алканами, нафтеновыми углеводородами, ароматическими соединениями в различных соотношениях. В бензиновых фракциях содержится значительное количество алканов изомерного строения (C₆ - C₉) с высоким октановым числом, дизельных дистиллятах -- нормального строения (C₁₆H₃₄) с высоким цетановым числом, в составе масел -- циклоалканов с малым числом циклов. Ароматические, диеновые углеводороды, сераорганические соединения нефти, азоторганические соединения нефти и кислородорганические соединения нефти в моторных топливах присутствуют в незначительном количестве.

Главные виды нефтепродуктов:

1. Разные виды топлива (бензин, дизтопливо, керосин, солярка и пр.).

2. Горюче-смазочные материалы.

3. Растворители.

4. Электроизоляционные масла.

5. Нефтехимическое сырье.

Получение всех видов нефтепродуктов достигается в результате переработки нефти, в процессе которой при разном температурном режиме происходит отделение парообразных веществ.

В настоящее время нефть и нефтепродукты представляют один из наиболее широко распространенных и токсичных классов загрязнителей окружающей среды. Поступая в почву, они в первую очередь влияют на ее биологические свойства. Отмечается снижение продуктивности таких почв, ухудшение экологического состояния и их функций в биосфере. Несмотря на большое количество работ, посвященных этой теме, до сих пор остаются нерешенными многие вопросы, связанные с оценкой воздействия нефтяного загрязнения на почву и почвенный покров [1].

При нефтяном загрязнении взаимодействует ряд экологических факторов, которые необходимо учитывать, давая оценку последствиям загрязнения почв нефтепродуктами. Это такие факторы, как состав и структура самой почвенной экосистемы, а также активность процессов метаболизма у почвенных микроорганизмов. Микробиологическая активность почв считается лабильным признаком, реагирующим даже на незначительные концентрации нефти и нефтепродуктов.

Частицы, образующие загрязнения в нефтепродуктах, могут быть твердыми, пластичными, жидкими (микрокапли воды и других газов). Твердые и пластичные инородные включения, диспергированные в нефтепродуктах во взвешенном виде и влияющие на свойства этих продуктов, называются механическими загрязнениями. Вода в виде микрокапель, образующих с нефтепродуктом водотопливную или водомасляную эмульсию, носит название эмульсионной или свободной воды. При выпадении свободной воды в отстой она образует слой, имеющий четкую границу с нефтепродуктом и называемый подтоварной водой. Газовые пузырьки в нефтепродуктах в зависимости от количества диспергированного воздуха образуют гетерогенные системы - газовую эмульсию (при сравнительно небольшом содержании газа) или пену (когда объем газа превышает объем жидкого нефтепродукта) [2].



1.1 Попадание нефтепродуктов в почву

Нефтяные продукты получаются путем переработки нефти на предприятиях и соответственно должны быть доставлены до мест, где они используются. Транспортировка их происходит как по водному покрову, так и по земле.

В результате попадания нефтепродуктов в водоемы и почву, происходит их испарение, которое ведет за собой образование газовых ареол, они крайне негативно сказываются на окружающей среды, страдает флора и фауна. Одним из самых устрашающих факторов является то, что при испарении нефтепродуктов, поднимающееся газовое облако смешивается с воздушными массами и является крайне взрывоопасным, что даже попадание малейшей искры приводит к взрыву.

Сегодня на планете можно насчитать более 6500 платформ, осуществляющих добычу сырой нефти. При этом около 3 тысяч грузовых танкеров транспортируют нефть.

Ежегодно в океан сбрасывается около 9 млн. тонн нефтепродуктов. Ученые установили, что более 30% всей поверхности океана находится под пленкой продуктов нефтепереработки. В конце своего пути эта пленка достигает берега и становится источников загрязнения не только водного покрова, но и почвенного.

Основная часть транспортировки производится на суше, однако и это не является гарантией защиты почвы. Нефтяные продукты переправляются с помощью трубопроводов. Серьезную опасность для экологии несут в себе трубопроводы. Их строительство, особенно в северных регионах, оказывает значительное негативное влияние на сложившийся там микроклимат. Проходка траншей вносит локальные изменения в режим влагопитания растительного покрова, нарушается теплофизическое равновесие, происходит таяние вечномерзлых грунтов, гибнет очень чувствительный к любым механическим воздействиям хрупкий растительный покров [3].

Хранение нефти в резервуарах вызывает ряд проблем, связанных с обеспечением резервуарного оборудования средствами сокращения потерь от испарения. К проблеме испарения добавляется проблема обеспечения пожаро- и взрывобезопасности, т. к. пары легких углеводородов в смеси с воздухом образуют гремучую смесь, которая является весьма взрывоопасной. Надежность оборудования, эффективность средств диагностики и пожаротушения - залог экологической безопасности всего региона в целом [4].

Из огромного числа загрязняющих веществ окружающую среду нефть и нефтепродукты находятся на первом месте. Транспорт, перевозящий нефтепродукты, предприятия, перерабатывающие нефть и сливающие отходы в внешнюю среду, аварии на трубопроводах это является факторами загрязнения почвы. Все это представляет собой огромную угрозу экологии России.

В связи с этим, представляется очень актуальной и насущной проблема загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами. Энергетическая программа России на длительную перспективу предусматривает увеличение добычи нефти, а это ведет к расширению сети трубопроводов, возрастает количество перевозок нефти и нефтепродуктов.

Таким образом, невозможно полностью исключить вероятность новых аварий, разливов нефти и нефтепродуктов. Контроль природопользования становятся с каждым годом все жестче

Для того, чтобы рассматривать любую экологическую проблему, необходимо прежде всего знать источники этой проблемы. В нашем случае источниками этой проблемы являются: нефтепродукты.

1.2 Влияние нефтепродуктов на почву

В настоящее время актуальной проблемой является загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами. Эксплуатация нефти и ее продуктов переработки пагубно влияют не только на места ее добычи, но и на места транспортировки. Все это подтолкнуло ученых к поиску исследования влияния загрязнения на почвенно-растительный покров.

В районах, где ведется огромная добыча нефтепродуктов наблюдается значительное ухудшение почвенного покрова. При попадании нефти и ее продуктов происходит изменение всех свойств почты, а частности таких как морфологических, физико-химических и биологических свойств, а иногда и существенная перестройка всего почвенного профиля, трансформация почвенных экосистем. Это приводит к гибели большого числа растений, потере плодородия и выведения огромной части земли из землепользования. Нефтепродукты вызывают значительные неблагоприятные, зачастую трудно обратимые изменения в почвенных экосистемах: ингибируют дыхательную активность почвы, процессы азотфиксации, нарушают протекание разных стадий цикла азота в почве, в том числе и нитрификации, приводят к накоплению трудно окисляемых метаболитов в почве; в итоге формируются условия, крайне неблагоприятные для роста и развития растений (выходящие за пределы толерантности агроценоза) [5].

По исследовательским данным загрязненная почва изменяет свои морфологические свойства, она становится более темной. В результате закупорки почвы нефть и ее продуктами прекращается проветривание почвы, то есть она перестает насыщаться кислородом, поэтому этого меняется ее окислительно-восстановительный потенциал. В результате в почвенном воздухе преобладают легкие токсичные фракции нефти, которые вредны как растениям, так и микроорганизмам, живущим в почве. Почва становится гидрофобной, а при сильном загрязнении - водонепроницаемой. Под воздействие нефтяного загрязнения почва теряется способность испарять влагу с поверхности, поэтому она снижает свою влагоемкость.

Нефтепродукты, попадая в почву со своими особыми кислотно-основными свойствами, меняют естественную среду в почве и повышают ее щелочной баланс. Ученые вывели увеличение ее рH водной суспензии на 1-2 единицы в верхних слоях почв.

Торможение развития растений является результатом загрязнения почвы. Замечено много случаев развития гигантизма у растений или наоборот карликовость. Ученые считают, что карликовость растений подразумевает результат сильного загрязнения и сопровождается уменьшением корневой системы растений.

Факторами, определяющими ингибирующее воздействие нефти и НП на активность почвенных ферментов, являются:

1. Токсичное влияние тяжелых металлов (ТМ), содержащихся в нефти.

2. Обволакивание почвенных частиц нефтяными углеводородами, препятствующее взаимодействию ферментов с субстратом, иммобилизации ферментов на их носителях.

3. Присутствие ароматических углеводородов.

4. Токсичное воздействие продуктов окисления некоторых углеводородов на почвенную биоту и активность ферментов.

5. Значительное увеличение соотношения C:N, что обусловлено ростом содержания углерода при попадании углеводородов в почву.

В целом, загрязнение нефтью или моторным маслом оказывает более негативное влияние на микробоценоз почвы, чем бензин или дизельное топливо. Более тяжёлые углеводороды приводят к заметной перестройке комплекса микроорганизмов и структуры доминирования, при этом повышается рост разнообразия бактерий и снижение - грибов. На нефтяных месторождениях на этапе разведочных работ загрязнение почвенного покрова происходит за счет разливов дизельного топлива, отработанных буровых растворов, содержащих нефть и аккумулирующихся в котлованах сборниках, а также газоконденсаторной смеси легких углеводородов.

Понижение концентрации кислорода в почве способствует развитию анаэробных микроорганизмов, развитие аэробной микрофлоры затормаживается. Восстановление численности полезных микроорганизмов наблюдается через несколько месяцев после загрязнения. Загрязнения почв нефтепродуктами создают новую экологическую обстановку с соответствующим числом организмов в почве. Следствием нарушения водно-воздушного баланса является усиление эрозии почвы. Это, в свою очередь, приводит к ухудшению состояния растительности и падению продуктивности земель.

Постепенное увеличение концентрации нефтепродуктов на поверхности почвы в совокупности с процессами испарения и разложения их легких фракций приводит к накоплению трудно разлагаемых углеводородов, таких как твердые парафины, циклические углеводороды, ароматические углеводороды, смолы и асфальтены, которые запечатывают поры почвенного покрова.

В итоге при загрязнении почвы нефтепродуктами наблюдается замедление развития среды, при которой, наряду с изменением морфологических, физико-химических характеристик почв, снижается их биологическая активность и длительный период сохраняется фитотоксичность почвы, что препятствует нормальному функционированию всего биогеоценоза.

1.3 Степень загрязненности почв

В нашей стране имеются большие территории загрязненные нефтью и нефтепродуктами и главной целью экологических служб является борьба с причинами загрязнения и очисткой земель.

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами относится к весьма распространенному типу негативного антропогенного воздействия, особенно в промышленных регионах России. Ключевым элементом в цепи экологических последствий нефтяного загрязнения является изменение видового состава растительного покрова и уменьшение его продуктивности вплоть до полной гибели всех растений на загрязненном участке.

Почвы считаются загрязненными нефтью и нефтепродуктами, если их концентрация достигает уровня, при котором:

1. начинается угнетение или деградация растительного покрова;

2. нарушается экологическое равновесие, исчезают виды альгофлоры, мезофауны;

3. изменяются водно-физические свойства и структура почв;

4. заметно возрастает доля углерода нефтепродуктов в некарбонат­ном (органическом) углероде почв;

5. падает продуктивность сельскохозяйственных земель;

6. происходит вымывание нефтепродуктов из почв в подземные и поверхностные воды.

В связи с большим разнообразием типов почв, не может быть единого показателя загрязнения почв для всей территории России.

Таблица 1 Показатели уровня загрязнения земель нефтью и нефтепродуктами

Уровень загрязнения, мг/кг	Содержание нефтепродуктов, %
Фоновый	до 100...500	до 0,01...0,05
Низкий	500... 1000	0,05... 0,1
Умеренный	1000... 5 000	0,1... 0,5
Средний	5 000... 10 000	0,5... 1,0
Высокий	10 000... 50 000	1,0... 5,0
Очень высокий	больше 50 000	больше 5,00

Почва может быть сильнозагрязненной, но нетоксичной или слаботаксичной и, наоборот, слабозагрязненной, но сильнотоксичной. Токсичное действие одних компонентов может быть нейтрализовано или усилено присутствием других, поэтому токсичность почвы не определяется токсичностью отдельных соединений, содержащихся в ней. Необходимо оценивать интегральную токсичность почвы, отражающую влияние всего комплекса.

Таблица 2

Уровень загрязнения мг/кг	Содержание нефтепродуктов%
Допустимый	<ПДК
Низкий	1000...2000	0,1... 0,2
Средний	2001...3000	0,2... 0,3
Высокий	3001...5000	0,3... 0,5
Очень высокий	> 5000	> 0,5

Проблема загрязнения почв, находящихся в зоне влияния Вахитовского месторождения (Оренбургская область). Вахитовское нефтяное месторождение расположено в Переволоцком районе, в 32 километрах к северу от районного центра Переволоцкий. Месторождение введено в разработку в 1995 году, в настоящее время в добывающем фонде числится 20 скважин.

Почвы анализировались на содержание кислотообразующих примесей, металлов, бенз(а)пирена, нефтепродуктов и рН. Были рассчитаны: концентрации загрязняющих веществ, коэффициент концентрации, относительно фоновых значений содержания примесей в почве и показатель химического загрязнения почв с использованием метода профилирования. Выделены приоритетные примеси среди кислотообразующих веществ и металлов. Проведено ранжирование по суммарному химическому загрязнению почв, которое показало, что исследуемую территорию на расстоянии до 1500 метров от источника загрязнения можно отнести к зоне с чрезвычайной экологической ситуацией. Определен показатель фитотоксичности почв из которого следует, что почвы находящиеся в зоне влияния Вахитовского месторождения на расстоянии до 1500 метров являются сильно деградированными [6]. Безопасный уровень содержания нефтепродуктов в почвогрунтах для территории России отвечает низкому уровню загрязнения и составляет 1000 мг/кг. Ниже этого уровня в почвенных экосистемах разных природных зон происходят относительно быстрые процессы самоочищения и негативное влияние на окружающую среду незначительно.

Экологический ущерб от загрязнения углеводородами весьма велик - от снижения качества и продуктивности почв до вывода земель из сельскохозяйственного оборота [7]. Особенно остро эта проблема стоит в регионах Черноземной зоны РФ, где в результате аварийных розливов НП загрязняются самые ценные для сельского хозяйственного использования почвы.



2. Методы обнаружения нефтепродуктов

2.1 Определение методом ИК-спектроскопии

Для идентификации нефтепродуктов в почве используется метод ИК-спектроскопии. Необходимость контроля содержания нефти и нефтепродуктов в районах промышленных производств, нефтедобычи, на данный момент, является актуальной задачей, в связи с усиливающимся техногенным воздействием на окружающую среду.

Задачи определения нефтепродуктов в почвах исключительно сложные. Для их решения привлекают самые разнообразные методы предварительного выделения, разделения, концентрирования и конечного определения нефтепродуктов. В аналитической практике принято считать нефтепродуктами сумму неполярных и малополярных углеводородов (алифатических, алициклических, ароматических), растворимых в гексане и не сорбирующихся на оксиде алюминия. Применение методов анализа, в которых за нефтепродукты принимают суммарное содержание всех органических веществ, извлекаемых каким бы то ни было растворителем, недопустимо.

Структурно-групповой состав нефти и компонентов в почве определяется по интенсивности характеристических полос поглощения в ИК-спектрах с использованием общей базовой линии с фиксированными точками 1850 и 650 см-¹. Для средней молекулы оценивается содержание метиленовых групп (СН₂) по полосе поглощения 720 см-¹, метильных групп (СН₃) по полосе поглощения 1380 см-¹, сульфоксидных групп (SO) по полосе поглощения 1030 см-¹ и карбонильных групп (СО) в области 1720-1700 см-¹ относительно ароматических связей С=С-связей по полосе поглощения 1600 см-¹ [9].

ИК-спектрометрия использована для изучения химического состава твердых углеводородов. Для идентификации характеристических полос поглощения в ИК-спектрах парафиновых и твердых нефтяных углеводородов были сняты спектры жидких ароматических и парафинонафтеновых углеводородов, выделенных жидкостной хроматографией на силикагеле из нефтяных масел и полупродуктов их производства. Присутствие неразветвленных парафиновых структур доказывалось сильными полосами поглощения при 720 и 1300 см-¹. Степень разветвленности парафиновых цепей углеводородов оценивалась по полосам поглощения в области 1376 и 1464 см¹, которую предложено охарактеризовать с помощью коэффициента в, представляющего собой отношение интенсивностей наиболее характерных полос поглощения для СН₃- и СН₂-групп.

Чем больше это соотношение, тем выше степень разветвленности парафиновых структур в нефти и нефтепродуктах.

Для исследования ароматических структур наиболее информативны полосы поглощения 812-816 и 1600 см-¹. Степень ароматичности может быть охарактеризована некоторыми коэффициентами, представляющими собой соотношение интенсивностей наиболее характерных полос поглощения для ароматических структур относительно метиленовых групп парафиновых структур.

Инструментальные методы контроля ведутся на эпизодических и режимных пунктах наблюдения службой по охране окружающей среды и включают весовой метод определения нефтепродуктов в почве и определение фракционного состава нефтепродуктов. Для весового метода пробу почвы (фракция менее 1 мм) экстрагируют хлороформом и после отгонки растворителя взвешивают битуминозные вещества. Определение фракционного состава проводят методом тонкослойной хроматографии. Рекомендовано также проводить инфракрасное (ИК)-спектрометрическое определение нефтепродуктов, основанное на экстракции нефтепродуктов из почвы четыреххлористым углеродом, очисткой элюатов на колонке с окисью алюминия и измерении интенсивности С-Н связей метильных и метиленовых групп в области 2700-3100 см^-1. При этом чувствительность ИКС метода составляет 0,02 г/кг почвы.

И к преимуществам, и к недостаткам ИК-спектроскопического метода относится в первую очередь наличие стандартных образцов. С одной стороны, стандарт позволяет дать количественную характеристику. Это хорошо видно на чистых нормальных углеводородах. Однако стандарт состоит из смеси двух нормальных углеводородов и бензола, который этим методом не обнаруживается.

Суммарная массовая концентрация трех веществ составляет 50 г/дм³, которая и присвоена стандарту, но реальная концентрация алканов порядка 37 г/дм³, то есть меньшей величине присвоена большая. Другим недостатком является тот факт, что в ИК-области поглощают только СН2- и СН3- группы, поэтому, например, при количественном анализе производных ароматических углеводородов, которые наиболее токсичны, и в своем составе имеют лишь несколько таких групп регистрируется низкий сигнал относительно истинного содержания данного соединения.

Метод определения массового содержания нефтепродуктов методом ИК-спектрометрии основан на экстракции нефтепродуктов из пробы органическим неполярным растворителем (ЧХУ), с последующей очисткой экстракта от полярных соединений на хроматографической колонке.

Таблица 3 Метрологические характеристики методики измерения массового содержания нефтепродуктов методом ИК-спектрометрии

Диапазон измерений, мг/кг	Показатель повторяемости ±уr, %	Показатель воспроизводимости ±уR, %	Показатель точности ±д, %
50-100 000	8	10	25

2.2 Флуоресцентный метод

Флуоресцентный метод исследования загрязненных нефтяными углеводородами сред обладает рядом таких преимуществ, как возможность получения высокоточной информации в реальном времени и высокая информативность. Будучи малозатратным и высокочувствительным методом, флуоресцентное зонирование широко используется при исследовании водных пространств и земельных участков на предмет загрязнения нефтяными углеводородами.

Метод флуоресцентного зондирования основан на хорошо исследованном факте наличия сильной корреляционной зависимости между химическим составом и плотностью нефти с такими физическими показателями флуоресцентного излучения, как интенсивность излучения, распределение интенсивности по длине волны, время свечения [10].

Ароматическим углеводородам для возбуждения и последующей регистрации флуоресцентного излучения необходимы различные условия. Ученые выделили зависимость спектральных изменений флуоресценции от длины волны, которой обладает возбуждающий свет. Если возбуждение происходит ближней части ультрафиолетового спектра, и уж тем более - в его видимой области, то флуоресценция проявляется только у полиядерных углеводородов.

Дело в том, что для исчерпывающего анализа информативности этого метода должны быть приняты во внимание следующие физические показатели процесса флуоресцентного зондирования:

1. Длина волны возбуждающего оптического излучения;

2. Длина волны сгенерированного флуоресцентного излучения;

3. Совместное рассмотрение флуоресцентной излучательной способности как сырьевой нефтяной продукции, так и ее отдельных составляющих или переработанной нефтяной продукции.

Флуоресценция имеет высочайшую чувствительность, превосходя методы детекции, основывающиеся на поглощении света или использовании радиоактивного распада. Современные инструменты могут идентифицировать отдельные флуоресцентные молекулы. Это способствовало развитию отдельного направления -- одномолекулярной флуоресцентной спектроскопии. Одномолекулярная флуоресцентная спектроскопия открыла новые возможности для изучения биологических систем на молекулярном уровне.

Данный метод заключается в экстракции нефтепродуктов хлороформом с дальнейшей заменой растворителя на гексан. В случае варианта экстракции гексаном напрямую, после экстракции принимается решение о необходимости проведения разбавления и очистки на хроматографической колонке, в зависимости от величины светопропускания образца. В качестве калибровочной смеси используется ГСО 7950-2001. Так как флуориметрический метод наиболее чувствителен к ароматической компоненте нефти.

Таблица 4 Метрологические характеристики методики измерения массового содержания нефтепродуктов методом флуориметрии.

Диапазон измерений, мг/кг	Показатель Повторяемости ±уr, %	Показатель Воспроизводимости ±уR, %	Показатель точности ±д, %
5-250	10	20	40
250-20 000	6	12	25



3. Способы удаления нефтепродуктов

3.1 Механические методы

Самым востребованным и простым является механический метод. Данный способ заключается в перекапывании верхнего слоя грунта с дальнейшим нанесением торфа, как материала, имеющего высокие сорбционные качества.

К ним относят покрывание загрязнения, замену почвы и откачку нефти в емкости, промывку почвы, сорбцию нефти и нефтепродуктов с поверхностного почвенного слоя. Является одним из самых тяжелых и дорогих методов очистки.

Этот метод используют при крупных разливах нефтепродуктов, их осуществляют с помощью специального оборудования.

Удаление нефтепродуктов с поверхности почвы проводится с помощью специальных насосов. Сгребание загрязненного слоя осуществляется бульдозерами, экскаваторами, автомашинами или тракторами, после чего происходит закапывания слоя почвы, загрязненного нефтью. При этом возникает проблема с выбором места их расположения, так как они становятся источниками вторичного загрязнения. Промывку почвы проводят в специальных установках (например, в промывных барабанах) с применением моющих веществ, детергентов, затем промывные воды отстаиваются в гидроизолированных прудах или емкостях, где впоследствии проводят их разделение и очистку.

В связи с наивысшей проблемой охраны окружающей среды и недостатком энергетического сырья наиболее перспективным направлением переработки и утилизации нефтепродуктов является извлечение из них нефти, воды и твердых остатков с последующим использованием в системе повышения пластового давления, а твердых остатков в химической или дорожно-строительной промышленности в качестве сырья. В настоящее время актуально разделение и утилизация эмульсионных нефтепродуктов. Нефтепродукты и твердые отходы НП проходят соответствующую обработку, а затем утилизируются. Процесс извлечения полезных веществ затрудняется, если в составе нефтепродуктов имеются плотные и нелетучие асфальтены. При обычной технологии переработки с помощью механических средств углеводороды уничтожаются не полностью, остаются значительные количества эмульгированной нефти, содержащей воду и твердые частицы.

Данный метод требует существование специальной техники и резервуаров и не решает проблему очистки почвы при просачивании нефти в грунт. Также к этой группе методов можно отнести и замену почвы, т. е. вывоз почвы на свалку для естественного разложения в количестве 1-2% от общего количества сдаваемых отходов. Срок утилизации 3-5 лет. При угрозе прорыва нефти в водные источники как экстренная мера применяется сжигание. В зависимости от вида нефти и нефтепродуктов таким способом уничтожается до 2/3 разлива, остальная часть просачивается в почву.

Преимущество сбора нефтепродукта с почвы с использованием собирающих установок заключается в том, что этот метод дает возможность:

1. осуществления сбора нефтепродукта в срочном порядке;

2. максимального сбора нефтепродукта при любых масштабах его разлива;

3. сбора нефтепродукта в труднодоступных местах (на территориях баз и складов горючего, имеющих сложные коммуникации; на ландшафтах, заросших кустарниками, и т.п.);

4. осуществить регенерацию разлитого нефтепродукта.

Недостатком данного метода является то, что необходимо выполнить дополнительную операцию -- посадку деревьев [11].



3.2 Физико-химические методы

Физико-химические методы образуют наиболее представительную группу методов обезвреживания. Физико-химические способы очистки, основанные на обработке грунтов подогретыми водными растворами с содержанием поверхностно-активных веществ или других реагентов.

К физико-химическим методам очистки грунтов относятся:

- обработка их в устройствах различного типа подогретыми водными растворами в присутствии поверхностно-активных веществ или других химических реагентов;

- экстракция нефтепродуктов из почв различными растворителями, в том числе вакуумная экстракция, к их числу можно отнести также известкование загрязненных нефтью грунтов - обработку грунта негашеной известью в количестве 0,5-5% от массы разлитого нефтепродукта, в результате чего образуется твердый продукт, прочно удерживающий нефтепродукты в виде комплексных соединений.

Сжигание - самый быстрый, а также дешевый способ борьбы с разливами нефти и нефтепродуктов.

Промывка почвы - метод промывания почвы от нефтяных продуктов на месте с помощью дренажных систем, может применяться в сочетании с микробиологическими методами. Среди многих способов производственной очистки грунтов важную роль следует отвести электрохимическому способу. Его принцип основан в использовании поля постоянного электрического тока и предполагает применение соответствующих устройств, для очистки почвы от нефтяных продуктов.

В ситуации нефтяного разлива легковоспламеняющихся продуктов в жилых кварталах, цехах, на автомагистралях, где взрыв и его последствия могут оказаться опаснее загрязнения почвы, разлив изолируется противопожарными пенами сверху или засыпается сорбентами.

Промывные воды отстаиваются ёмкостях, где впоследствии проводятся их очистка.

Поверхностно-активные вещества - это химические вещества, способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел или двух термодинамических фаз (называемых поверхностью раздела фаз). Они содержатся в любом чистящем средстве, даже в обычном мыле.

Электрокинетическая очистка. Используется для очищения почвы от цианидов, нефти и производных нефти, тяжелых металлов, цианидов, хлористых органических элементов. Типы почв, к которым может успешно применяться электрокинетическая очистка -- глинистые и суглинистые, насыщенные влагой частично или полностью.

Технология основана на применении таких процессов как электрофорез и электроосмос. Уровень контроля и воздействия на процессы очищения почвы достаточно высокий. Для использования метода требуется применение химических реактивов или растворов поверхностно-активных веществ.

Эффективность электрокинетической очистки почвы составляет от 80 до 99 процентов. Стоимость несколько ниже, чем при электрохимической очистке

Перспективно применение гранулированных адсорбентов и жидкостей, обладающих магнитными свойствами, которые после адсорбции нефти легко удаляются магнитом.

3.3 Биологические методы

Биологические методы очистки почвы от загрязняющих веществ является наиболее экологичным. Этот метод основывается на введении в грунт препаратов с действующими микроорганизмами, помогающими бороться с загрязнителями, в нашем случае с нефтепродуктами.

Наиболее перспективным способом очистки является биотехнологический метод - биоремедиация (bio - жизнь, remedio -лечение), осуществляемый с помощью углеводородокисляющих микроорганизмов (УВОМ), основанный на принципе in situ, в отличие от ex situ, осуществляемого за пределами места загрязнения (более дорогостоящий). Тем не менее можно выделить ряд преимуществ: он осуществляется в короткие сроки, имеет высокую степень очистки, безопасен для биологической среды, обеспечивает полный контроль процесса очистки [13].

Бактериальные препараты представляют собой взвесь живых бактерий, отдельных компонентов клеток микроорганизмов в виде сухого порошка либо водной суспензии. Большой интерес представляют биосорбенты - препараты для борьбы с органическими загрязнениями, изготовленными на основе сорбционного материала и синтезируемых на нем клеток микроорганизмов.

Большой интерес объясняется возможностью вторичного использования отходов производства их дешевизной. К тому же синтезированные клетки микроорганизмов на носителе не подвергаются вымыванию поверхностными и ливневыми водами, выветриванию, прямому действию солнечных лучей и т.д.

Этот метод является передовым на данный момент времени. Ведь он является экологически щадящим методом очистки, который не только устраняет загрязнения, но еще и обогащает почву полезными бактериями и веществами способствующими плодородию земель.

Преимуществами данного метода являются: отсутствие токсичности, широкий спектр действия на различные виды нефтепродуктов, возможность использования в небольших количествах. Очищение данным способом происходит в течение 2-3 месяцев. За это время в зависимости от благоприятных условий, таких как изначальная степень загрязнения грунтов, тип попавшего в грунты нефтепродукта и состав почвы, уровень очищения может достигать 95% [14].

Главным преимуществом биологического метода очистки является его экологическая безопасность.

Этот метод не лишен недостатков, главный из которых - сложность достижения равновесия между процессами расщепления примесей и сохранения постоянного количества биомассы бактерий. Без достижения такого равновесия вода не будет очищена. Поэтому работу реакторов контролируют, постоянно следя за состоянием активного ила.

Для биологической очистки нефтезагрязненных почв значительному ускорению разложения нефтепродуктов в лабораторных опытах и in situ способствует применение штаммов нефтеразрушающих микроорганизмов.

К недостаткам также следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость дополнительных мер очистки в случае высокой концентрации примесей.

3.4 Электрохимические методы

Еще одним распространенным методом является электрохимическая обработка грунтов. Принцип действия этого метода заключается в том, что в грунт загрязненную нефтепродуктами помещают электроды, к которым проводят постоянный электрический ток. Дело в том, что в почве находятся растворы различных солей, то есть имеют способность электропроводимости, поэтому некоторые загрязняющие вещества растворяются в грунтовых водах, а остальные притягиваются электродами и в последствии электроды извлекаются вместе с нефтепродуктами.

Электрохимическая очистка может реализовываться за счет целого комплекса физических, химических и биологических процессов. К физическим процессам относится электрокинетическое перемещение загрязняющего вещества в электрическом поле по направлению к электродам, откуда оно может откачиваться при помощи насосов. При электроразогреве грунта происходит частичное испарение загрязняющих веществ, например, легких нефтяных углеводородов. Возможно также прямое и косвенное окисление некоторых компонентов с образованием газообразных веществ [15].

Применяется для удаления из почвы хлорсодержащих углеводородов, различных нефтепродуктов, фенолов. В процессе движения электрического тока сквозь почву осуществляется электролиз воды, электрокоагуляция, реакции электрохимического окисления. Степень окисления фенола находится в пределах от 70 до 90 процентов.

Качественный уровень обеззараживания почвы при электрохимической очистке приближается к 100% (минимальный показатель -- 95%). Метод позволяет удалять из почвы также такие вредные элементы как ртуть, свинец, мышьяк, кадмий, цианиды и др.

К минусам метода можно отнести достаточно высокую стоимость.



Заключение

Почвенный покров нашей Земли играет огромную роль в обеспечении нашего питания и в обеспечении нас сырьем для промышленных производств. Поэтому решение таких проблем как исследования методов очистки почв является на сегодняшний день главной задачей, а также обнаружение протечек резервуаров с нефтепродуктами и скважин с утечкой.

Исследование эффективных способов решение данных проблем приведет к открытию новых земель для заселения людей и обрабатывания, с целью получения продуктов питания.

При недостаточно продуманном антропогенном воздействии в почвах быстро развиваются нежелательные процессы минерализации гумуса, повышается кислотность или щелочность, развиваются восстановительные процессы - все это резко ухудшает свойства почвы, а в предельных случаях приводит к локальному разрушению почвенного покрова. Высокая чувствительность, уязвимость почвенного покрова обусловлены ограниченной буферностью и устойчивостью почв к воздействию сил, не свойственных ему в экологическом отношении.

Все в более широких масштабах проявляется загрязнение почвы тяжелыми металлами, нефтепродуктами, усиливается влияние азотной и серной кислот техногенного происхождения, ведущие к формированию техногенных пустынь в окрестностях некоторых промышленных предприятий.

Восстановление нарушенного почвенного покрова требует длительного времени и больших капиталовложений.

загрязненность почва нефтепродукт электрохимический



Список использованных источников

1. Кириенко О. А., Имранова Е.Л. Влияние загрязнения почвы нефтепродуктами на состав микробного сообщества: научная статья. - Ижевск, 2015. - 79-86с.

2. Мирзаев С. С., Кодирова Н. Д. Загрязненность нефтепродуктов характер и состав загрязнений в топливах и маслах: статья в сборнике трудов конференции. - Узбекистан, 2014. - 196-200с.

3. Бланк В. В., Голобоков Е. А., Савченков Я. О., Кривотулова К. А. Влияние нефти и нефтепродуктов на экологию: статья в сборнике трудов конференции. - Сибирь, 2018. - 116-118с.

4. Пахоменко В. В. Анализ крупногабаритных резервуаров и разработка универсальной управляемой воздушной камеры с целью сокращения потерь нефтепродукта при хранении: научная статья - Ставрополь. - 2009. - 41-45с.

5. Арзамазова А. В., Кинжаев Р. Р., Гальцова А. Д., Хрептугова А. Н. Влияние нефтезагрязнения на агрохимические свойства чернозема типичного и продуктивность яровой пшеницы: научная статья. - 2017. - 21с.

6. Гарицкая М. Ю., Чекмарева О. В., Чернышева К. С., Алеева О. Н. Защита окружающей среды: научная статья: 12.05.2016 / М. Ю. Гарицкая, О. В. Чекмарева, К. С. Чернышева, О. Н. Алеева - 2016. - 46-50с.

7. Пиковский Ю.И., Геннадиев А.Н., Чернянский С.С., Сахаров Г.Н. Проблема диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами: - 2003. - 1132-1140с.Проблемы техносферной безопасности-2012: материалы международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов: - 2012. 206-208с.

8. Сафиева Р. З., Кошелева В.Н., Иванова Л. В. ИК-спектроскопия в анализе нефти и нефтепродуктов: научная статья. - 2008. - 869-874с.

9. Ахмедов А. Ф. Исследование информационных характеристик флуоресцентного метода диагностики степени загрязненности почвы нефтепродуктами: научная статья. - 2019. - 42-52с.

10. Логинов О. Н. Биотехнические методы очистки окружающей среды от техногенных загрязнений / О. Н. Логинов. - 2000. - 100с.

11. Земскова Ю. В., Истомова М. А. Методы очистки нефтезагрязненных территорий: научная статья. - 2019. - 9с.

12. Морозова Т. Н., Белик Е. С., Рудакова Л. В. Использование бактериального препарата для ремедиации техногенно загрязненных почв: научная статья. - 2015. - 69-81с.

13. Германова С.Е., Самброс Н.Б., Петухов Н.В., Рыжова Т.А. Методы очищения почв от нефтепродуктов / С.Е. Германова, Н.Б. Самброс, Н.В. Петухов, Т.А. Рыжова. - 2019. - 3с.

14. Пряничникова В. В., Шулаев Н. С., Быковский Н. А., Кадыров Р. Р. Расчет электрических параметров при электрохимической очистке нефтезагрязненных грунтов: научная статья. - 2018. - 208-212с.

Размещено на Allbest.ru