ON THE ECOLOGO-GEOCHEMICAL FEATURES OF REFINERY

Abstract

The features of soil cover geochemical transformation under the influence of refinery are demon- strated using the results of the field and laboratory investigations. The role of predominant winds is shown for the soil pollutants transition from the source.

Full Text

В нефтедобывающих и нефтеперераба- тывающих регионах, к которым относится Самарская область, главными химическими загрязнителями окружающей среды обычно являются нефть и нефтепродукты, а также применяемые в технологических процессах катализаторы, высокотоксичные и разнооб- разные детергенты, к которым относятся ис- пользуемые в буровых растворах поверхно- стно-активные вещества, а также растворные наполнители и присадки [1]. В настоящее время нефть и нефтепродукты являются приоритетными загрязните- лями природной среды, а отдельные нефте- добывающие и нефтеперерабатывающие территории по своему состоянию прибли- жаются к районам экологического бедствия. На данных территориях возникает угроза не- обратимой трансформации условий функ- ционирования природных систем и вызван- ные этим изменения качества жизни людей. Глубокие изменения происходят практиче- ски во всех компонентах окружающей сре- ды, прежде всего в атмосфере, недрах, поч- венном покрове, поверхностных и подзем- ных водах, почве и биоте. Среди основных отраслей современного производства нефтя- © Старцев А. И., Прохорова Н. В., 2015. Старцев Александр Игоревич (a.i.startsev@ya.ru), аспирант биологического факультета; Прохорова Наталья Владимировна (ecology@samsu.ru), профессор кафедры экологии, ботаники и охраны природы Самарского государственного университета, 443011, Россия, г. Самара, ул. Академика Павлова, 1. ная промышленность занимает третье место по опасности воздействия на окружающую среду [2]. Почва, являясь депонирующей средой для многих загрязняющих веществ, отражает кумулятивный эффект от воздействия разно- образных источников загрязнения на техно- генных и урбанизированных территориях. Биогеохимические свойства и огромная ак- тивная поверхность тонкодисперсной фрак- ции способствует превращению почвы в «депо» токсических соединений. Одновременно почва становятся одним из важней- ших биогеохимических барьеров для боль- шинства соединений на пути их миграции [3]. Формирование таких барьеров в сели- тебных зонах городов в значительной степе- ни обусловлено техногенной составляющей, о чем свидетельствуют результаты много- численных исследований городских почв и почв в зонах влияния промышленных пред- приятий [4]. В результате интенсивного техногенеза меняются морфологические, физико-химиче- ские и биологические свойства почв [5]. В частности, при разных уровнях загрязне- ния природной среды нефтью проявляется особая степень повреждения почвенного по- крова. Так, при содержании нефтепродуктов 5-20 г/кг сухой почвы в минеральной части почвы и 40-150 г/кг в органической ее части формируется легкая или умеренная степень нарушения почвенного покрова, при которой незначительно снижается активность роста растений. Такое нарушение почвы обратимо. При содержании нефтепродуктов на уровне 20-50 г/кг в минеральной части почвы и 150-750 г/кг в органической части почвы степень нарушения умеренновысокая, при которой наблюдается заметное снижение роста растений и возникают видимые повре- ждения их органов, нормально развиваются только некоторые виды растений. Самовос- становление таких почв до нормы длится 6- 10 лет, при рекультивации - 3 года. Если же почва накапливает более 50 г/кг нефтепро- дуктов в минеральной части и более 750 мг/кг в своей органической части, то степень нарушения считается высокой и очень высокой. Нефтепродукты пропитыва- ют почвенный покров до глубины 10 см, по- давляющая часть растений в таких условиях не выживает, а самовосстановление почвы длится 20 и более лет, на рекультивацию требуется 3-5 лет [6]. В качестве примесей в нефти и нефтепродуктах содержатся тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, ванадий, титан, хром, медь, никель, цирконий и другие), а также хлор- и фосфорорганические соединения. При этом в случае совместного нахождения меди и цинка токсичность среды в 8 раз вы- ше, чем при наличии этих металлов в отдель- ности [7]. Тяжелые металлы, обладая разно- сторонними эффектами вредного влияния на живые организмы, устойчивы в окружающей среде, способны накапливаться в почвенном покрове, донных осадках, в тканях живых организмов и передаваться от низших звень- ев пищевых цепей к высшим [8]. Нефтеперерабатывающее производство может служить источником тяжелых метал- лов, поступающих в окружающую среду, не только через собственные выбросы, но и косвенными путями, например, при исполь- зовании автотранспорта, который выбрасы- вает в атмосферу более 280 соединений, сре- ди которых тяжелые металлы, в том числе свинец [9]. Загрязнение воздушной и почвенной среды соединениями свинца давно вызыва- ет большие опасения у медиков и экологов. Известно, что большое количество свинца добавляют в бензин для улучшения его свойств. Такой бензин в России называется «этилированным», а в других странах - leaded gasoline [9]. Он содержит от 0,17 до 0,37 г свинца на 1 л. При сгорании такого бензина около половины свинца, содержащегося в нем, выбрасывается с выхлопны- ми газами в атмосферу [10]. В нашей стра- не был принят Федеральный закон от 22 марта 2003 г. №34-ФЗ «О запрете произ- водства и оборота этилированного автомо- бильного бензина в Российской Федера- ции», но накопленный за предыдущий пе- риод свинец очень медленно выводится из экосистем, сохраняя свое негативное воз- действие на биоту. Нефтеперерабатываю- щее производство может служить источни- ком тяжелых металлов еще и через сжига- ние мусора, которое сопровождается по- ступлением в биосферу целого ряда хими- ческих элементов: кадмия, ртути, свинца, хрома и других [1, 11]. Нефтепродукты и тяжелые металлы входят в список приоритетных химических веществ, содержание которых в окружающей среде строго контролируется [8, 12-14]. Для Самарской области характерны высокие объемы добычи, транспортировки и переработки нефти, поэтому изучение эколо- го-геохимических особенностей почвенного покрова, формирующихся в условиях про- должительного комплексного воздействия нефтеперерабатывающего предприятия, ак- туально и имеет серьезную научную и прак- тическую значимость [15]. Условия и методы исследования В качестве объекта нашего исследо- вания служили почвы, залегающие в пределах промзоны г. Новокуйбышевска в зо- не влияния ЗАО «Нефтехимия». Почвы для лабораторного анализа в вегетацион- ные сезоны 2013-2014 гг. отбирали на пяти пробных площадях, заложенных по преобладающему направлению ветров в непосредственной близости от периметра предприятия. Пробная площадь № 1 служила контролем и располагалась с подвет- ренной стороны от предприятия, пробные площади № 2-5 располагались с наветрен- ной стороны, начиная от ограждения (№ 2) и далее с интервалом в 25-50 м друг от друга. Отбор почвенных проб и количественное определение содержания в них Mn, Cu, Zn, Cd, Ni, Pb, Cr, Co, нефтепродуктов, хлоридов, сульфатов и нитратов осущест- вляли по общепринятым методикам в 2013 и 2014 гг. Таблица 1 Среднее содержание анализируемых веществ в почвенном покрове зоны влияния ЗАО «Нефтехимия», мг/кг воздушно-сухой почвы Пол- лю- тант Контроль Пробная площадь № 2 Пробная площадь № 3 Пробная площадь № 4 Пробная площадь № 5 2013 г. 2014 г. 2013 г. 2014 г. 2013 г. 2014 г. 2013 г. 2014 г. 2013 г. 2014 г. Mn 457,3 13,8 494,1 11,9 357,9 9 415,7 13,2 457,6 8,1 Cu 16,1 32,4 16,4 30,9 12,3 22,2 15,9 34,8 14,5 16,7 Zn 63,2 42,2 62,8 15,3 49,6 18,8 53 18,8 66,7 6,8 Cr 127,3 1039 149,5 989 99,9 1121 101,9 2098 107,8 1131 Co 0,4 0,4 1,8 2,2 1,2 1,7 0,4 2,4 1,68 0,4 Pb 0,9 13,09 1,2 14,03 0,5 11,33 0,04 17,92 1,2 11,27 Cl- 266 107 488 107 355 71 533 107 533 89 SO22- 26,8 18,8 32,7 58,9 27,3 142,4 49,1 80 16,4 204,8 NO3- 1,8 0,8 1,2 1,1 0,5 1,8 0,1 3,2 1,1 8,8 Неф-тепро- дукты 39 15 1905 143 612 174 977 77 468 41 Результаты и их обсуждение Полученные результаты представлены в табл. 1. Сравнительный анализ полученных дан- ных показал, что ЗАО «Нефтехимия» и особенности ветрового режима влияют на накоп- ление и перераспределение в почвенном покрове нефтепродуктов и целого ряда других загрязнителей (Mn, Cr, Co, Pb, хлоридов, сульфатов). Этот вывод объективно подтвер- ждается результатами 2013 г. (активное накопление большинства поллютантов в почвах пробной площади № 2 по сравнению с контролем), а данные 2014 г. в целом ему не про- тиворечат (более активное накопление части анализируемых поллютантов в почвах проб- ных площадей № 2 и № 3 относительно контроля). Особенности накопления нефтепро- дуктов и тяжелых металлов в исследуемых почвах следует отнести к допустимому и низ- кому уровню, но для Cr выявлены существенные превышения ПДК (в 5-10 раз) (табл. 1). Заключение В ходе комплексных исследований загрязнения почвы в зоне влияния ЗАО «Неф- техимия» были получены новые эколого- геохимические данные для г. Новокуйбы- шевска. Выявлена роль господствующих ветров в переносе изучаемых загрязнителей на сопредельные территории. Дальнейшие наши исследования позволят более детально изучить особенности накопления поллютан- тов и сформулировать рекомендации по снижению их концентрации в окружающей среде.