Учитывая санитарные функции почв, которые она исполняет, независимо от того, «запечатана» она асфальтом или нет, содержание нефтепродуктов в урболандшафтах – отдельный и чрезвычайно актуальный вопрос. Разработка рациональных методов снижения содержания нефти, нефтепродуктов и фенолов и предупреждение негативных изменений свойств почв невозможно без точного определения их концентрации [4, 5, 8]. Детоксикация нефтезагрязненных почв – одна из самых актуальных проблем охраны и защиты почв от деградации.
Материалы и методы исследования
В2010–2012гг. были исследованы следующие территории. Объект №1 – АЗС №1г. Волжского, светло-каштановая глинистая почва. Объект №2 – АЗС №3г. Волжского, аллювиальная песчаная. Объект №3, окрестности ГЭС, аллювиальная песчаная. Объект №4 – АЗС №2, р.п.Средняя Ахтуба, светло-каштановая песчаная. Объект №5 – заброшенная АЗС Тракторозаводского района Волгограда, светло-каштановая песчаная. Объект №6 – целина, 30км от города, светло-каштановая легкосуглинистая. Объект №7 – СЗЗ «Химпром», светло-каштановая супесчаная. Объект №8 – Григорова балка [2].
Методы исследования. Отбор проб и подготовку почв к анализам проводили согласно ГОСТу 17.4.4.02-84. Содержание гумуса – по И.В.Тюрину в модификации Д.С.Орлова и Л.А.Гришиной, анализ водной вытяжки проводили по ГОСТу 26423-85. Концентрацию нефтепродуктов (НП) определяли экстракцией н-гексаном на приборе «Флюорат 02-3М ЛЮМЭКС».
Результаты и обсуждение и их обсуждение
В нормативных документах приведены различные способы оценки степени накопления поллютантов в почве. ВМУ99 предложены критерии оценки степени химического загрязнения почв органическими веществами (табл.1).
Критерий «очень сильная» оценки загрязнения почв элементами 1класса опасности дан в двух категориях: в пределах от 2 до 5ПДК и выше5.
Критерий «слабая» при содержании веществ от 1 до 2ПДК не зависит от класса опасности элемента. Неочевидно разделение критериев в зависимости от класса опасности. Это снижает объективность оценки, особенно если учесть, что речь идет о самых опасных элементах.
Таблица 1
Критерии оценки степени загрязнения почв органическими веществами
Содержание в почве (мг/кг) |
Класс опасности |
||
1 |
2 |
3 |
|
≥5ПДК |
Очень сильная |
Очень сильная |
Сильная |
От 2 до 5ПДК |
Очень сильная |
Сильная |
Средняя |
ОТ 1 до 2ПДК |
Слабая |
Слабая |
Слабая |
В п.2 ГОСТа 17.4.3.06-86. другие оценки загрязнения почв по степени загрязнения почвы подразделяют на следующие:
1)сильнозагрязненные. Содержание загрязняющих веществ в несколько раз превышает ПДК. Не указано, во сколько.
2)среднезагрязненные. Превышение ПДК без видимых изменений в свойствах почв.
3)слабозагрязненные. Содержание химических веществ не превышает ПДК, но выше естественного фона. Не оговорено, что принимать за фон.
В этом нормативном документе предложен коэффициент концентрации загрязнения почвы и две формулы его определения, одна с учетом фона, другая – ПДК. Для таких компонентов, как нефтепродукты, ПДК нет и, скорее всего, не будет установлено, в силу того что входящие в состав нефти и нефтепродуктов органические соединения одновременно являются и неспецифическими органическими соединениями любой почвы. Фоновое их содержание тоже противоречит логике. Поэтому нужен совсем другой подход для их оценки.
Нефть и нефтепродукты. Независимо от методики определения нефтепродуктов в почвах необходим обязательный учет содержания в почве органических соединений самой почвы [5, 7 ,8]. При значительном накоплении нефтепродуктов актуальна проблема правильного расчета их содержания. Существуют способы, по которым долю нефтепродуктов в почве определяют по содержанию в ней органического углерода. Но сами нефтепродукты содержат не только углерод. Значит, их концентрация будет больше.
Для повышения информативности их оценки предлагаем 2способа.
1.Определять органический углерод в почве и дифференцировать его по происхождению – естественный (содержащийся в незагрязненной почве) и антропогенный (привнесенный с органическими поллютантами). Формула определения органического углерода антропогенного происхождения (Сант) будет иметь вид
Сант=Сорг – Сфон, %;
где Сфон, Сорг – органический углерод соответственно в незагрязненной и загрязненной почвах.
2.Предлагаем для учета количества нефтепродуктов ввести поправочный коэффициент накопления (Кn) нефтепродуктов в почве и формулу его определения:
где n – суммарная доля углерода всех индивидуальных углеводородов, входящих в состав нефти, %; 100 – общая доля нефтепродуктов.
где – общая сумма углерода всех соединений, входящих в состав нефти;
– этана;
– пропана;
– бутана (n-бутана и изо-бутана) в составе нефти, %.
Расчет суммарной доли углерода представлен на примере качественного состава нефти Коробковского месторождения Волгоградской области: этана (С2Н6) – 2,30 % массовые, пропана (С3Н8) – 19,60, изобутана (С4Н10) – 21,00, n-бутана (С4Н10) – 57,10 [9].
Долю углерода в молекуле этана рассчитывали по формуле
А=24/30=80,
где А(С2Н6) – доля углерода в молекуле этана; 24 – атомный вес двух атомов углерода; 30 – атомный вес этана.
Для определения процентного содержания этана в составе нефти (х) составляем пропорцию:
2,30 – 100 %
х – 80 %,
тогда получим Х=С(С2Н6)=1,84г.
Аналогично рассчитываем долю углерода в молекуле пропана:
С(С3Н8)=36/44=81,82г,
где С(С3Н8)– доля углерода в молекуле пропана; 36 – атомный вес углерода; 44 – атомный вес пропана.
Для определения процентного содержания пропана в составе нефти (х) составляем пропорцию:
19,60 – 100 %
х – 81,82 %,
из пропорции получим Х=16,04 г.
Суммарная доля n-бутана и изо-бутана составляет 78,1 %, а значит, доля углерода в молекуле бутана будет равна
А(С4Н10)=48/58=83
где А(С4Н10) – доля углерода в молекуле бутана; 48 – атомный вес четырех молекул углерода, 58 – атомный вес молекулы бутана.
Подставляем полученное значение в пропорцию:
78,10 – 100 %
х – 83,
получим Х=64,82.
Складываем долю Сорг в составе нефти:
1,84+16,04+64,82=82,70 –
и находим коэффициент накопления:
Кn=100/82,7=1,2.
Используя данные о качественном составе нефтей, расположенных в различных географических регионах Российской Федерации, опубликованные в Информационный банке данных [9], мы просчитали коэффициент накопления для 106 нефтяных месторождений 15 регионов (табл.2).
Таблица 2
Состав нефтей и значения коэффициента накопления КН
Регион |
Качественный состав, % |
|
Кн |
||
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
|||
Республика Башкирия |
2,66 |
22,34 |
56,57 |
81,57 |
1,23 |
Республика Коми |
2,09 |
23,86 |
57,63 |
83,57 |
1,20 |
Республика Татарстан |
3,69 |
31,41 |
48,72 |
83,99 |
1,19 |
Республика Удмуртия |
8,51 |
20,61 |
54,36 |
83,48 |
1,20 |
Республики Чечня, Ингушетия |
9,84 |
19,09 |
54,44 |
83,37 |
1,20 |
Восточная Сибирь |
4,45 |
29,14 |
49,49 |
83,08 |
1,20 |
Западная Сибирь |
1,43 |
9,11 |
67,93 |
83,48 |
1,20 |
о. Сахалин |
3,50 |
14,16 |
66,36 |
84,02 |
1,19 |
Краснодарский край |
5,6 |
22,2 |
27,8 |
83,39 |
1,20 |
Ставропольский край |
11,54 |
13,81 |
64,58 |
83,21 |
1,20 |
Волгоградская область |
1,89 |
19,6 |
64,71 |
83,4 |
1,20 |
Оренбургская область |
1,73 |
20,48 |
61,34 |
83,55 |
1,20 |
Пермский край |
6,18 |
12,9 |
64,10 |
83,17 |
1,21 |
Самарская область |
2,58 |
25,77 |
55,28 |
83,63 |
1,20 |
Саратовская область |
0,66 |
9,34 |
73,08 |
83,08 |
1,20 |
Примечание. – общая доля Сорг в составе компонентов нефтепродуктов.
Нами показана возможность определения нефтепродуктов в почве для основных регионов России. Коэффициент накопления изменяется в узком диапазоне, равном 1,19–1,21. Для определения доли нефти или нефтепродуктов в почве по содержанию органического углерода антропогенного происхождения предлагаем его значение умножать на коэффициент накопления, который в среднем равен1,2 [2, 7].
Для определения доли НП в почве по содержанию СОРГ антропогенного происхождения, предлагаем его значение умножать на коэффициент накопления:
НП=Сант?Кn,
где НП – содержание нефтепродуктов, %; Сант – значение органического углерода в загрязненной почве, %.
Мы определили долю НП в почвах обследованных объектов (табл.3).
Анализируя полученные данные, предлагаем градацию степени загрязнения почв нефтепродуктами (табл.4).
Согласно предложенной градации целинная почва УНПЦ «Горная поляна» и окрестности исследуемых АЗС практически не содержат НП, допустимое их содержание в СЗЗ «Химпром» и на АЗС №1 (срок ее работы один год). Почвенный покров самих АЗС можно оценить как сильно и очень сильно загрязненный.
Для установления степени токсикации почв нефтью и нефтепродуктами предлагаем:
1.Определять долю органического углерода в условно незагрязненной почве и висследуемой почве. При пересчете на нефтепродукты применять коэффициент, равный 1,2.
Таблица 3
Содержание углерода органических соединений в почвах
Объект |
Окрестности АЗС |
Территория АЗС |
|||||
Сорг |
Сфон |
Сант |
НП |
Сорг |
Сант |
НП |
|
Высокий уровень антропогенного загрязнения |
|||||||
АЗС №1, светло-каштановая глинистая |
2,00 |
1,53 |
0,47 |
0,56 |
5,20 |
3,67 |
4,40 |
АЗС №2, аллювиальная песчаная |
1,96 |
1,45 |
0,51 |
0,61 |
69,67 |
68,22 |
81,86 |
АЗС №3 «Лукойл», светло-каштановая песчаная |
1,67 |
1,27 |
0,40 |
0,47 |
69,00 |
67,73 |
81,27 |
Заброшенная АЗС, светло-каштановая песчаная |
1,77 |
1,27 |
0,50 |
0,59 |
66,16 |
64,89 |
77,86 |
Низкий уровень антропогенного загрязнения |
|||||||
Санитарно-защитная зона «Химпром» светло-каштановая супесчаная |
2,45 |
1,27 |
– |
– |
2,45 |
1,18 |
1,41 |
УНПЦ «Горная поляна» светло-каштановая легкосуглинистая |
2,72 |
1,27 |
– |
– |
2,72 |
1,45 |
1,73 |
Таблица 4
Градация степени загрязнения почв нефтепродуктами
Градация |
Отсутствует |
Допустимая |
Умеренная |
Средняя |
Сильная |
Очень сильная |
Концентрация нефтепродуктов в почвах, % |
≤1 |
1–2 |
20–40 |
40–60 |
60–80 |
≥80 |
2.Определять долю НП в условно незагрязненной почве и висследуемой почве. Вусловно незагрязненной почве в качестве «нефтепродуктов» определяются неспецифические органические соединения самой почвы.
«Часто наблюдается несогласованность толкования терминов в словарях и других документах, не говоря уж о научных публикациях. Необходимо учитывать вероятностный характер любых нормативов, следующий из-за ошибок измерения показателей, статистического характера связей почвенных показателей с той или иной прикладной оценкой» [10].
Выводы
1.Для объективной оценки содержания нефтепродуктов в почвах предложен коэффициент накопления Кn, позволяющий по содержанию органического углерода антропогенного происхождения определить концентрацию нефтепродуктов в почвах.
2.Установлено на примере 108 нефтяных месторождений России из 15 регионов, что Кn изменяется в узком диапазоне 1,19–1,21. Предлагаем принять его равным 1,2.
3.Проведена оценка накопления нефтепродуктов в исследуемых почвах. Предложена градация их содержания. Выявлено очень сильное и сильное загрязнение почв АЗС (77,9 – 81,8 %), допустимое – их окрестностей, СЗЗ ОАО «Химпром» и целинной почвы УНПЦ «Горная поляна».
Библиографическая ссылка
Околелова А.А., Желтобрюхов В.Ф., Тарасов А.П., Кастерина Н.Г. ОСОБЕННОСТИ НОРМИРОВАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 12-2. – С. 315-319;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39412 (дата обращения: 17.08.2024).