Экологическое влияние отходов добычи углеводородного сырья на почвенный покров

УДК 504.75

 

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ  ОТХОДОВ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДНОГО  СЫРЬЯ

НА ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ

 

Э.Н.Абдулова, Т.А.Имангалиев, Н.А.Высоцкая

ЮКГУ им.М.Ауезова, г.Шымкент

 

Известно, что одним из наиболее опасных и распространенных видов  загрязнения природной среды  являются продукты добычи и переработки  углеводородного сырья. По данным космической  съемки зафиксировано, что около 30% поверхности Мирового океана покрыто  нефтяной пленкой. В воды рек, озер, водохранилищ, морей, океанов и почву  разными путями попадает от 2 до 10 млн. т нефти и отходов от ее добычи. Другими источниками загрязнения являются сточные и попутные воды, оксиды серы, газовый конденсат, а также фонтанирование разведочных скважин и аварии при транспортировке нефти за счет разрушения герметичности емкостей.

Естественное восстановление плодородия почв при загрязнении нефтью происходит значительно дольше, чем при других техногенных загрязнениях. Резко  изменяется водопроницаемость вследствие гидрофобизации, структурные отдельности  не смачиваются, а вода как бы "проваливается" в нижние горизонты профиля почвы; влажность уменьшается. Нефть и  нефтепродукты вызывают практически  полную депрессию функциональной активности флоры и фауны.

Одним из отходов при добыче углеводородного  сырья является комовая газовая  сера, которая хранится в открытых  терриконах. В Казахстане которой накоплено более 18 млн.т.Сера уносится ветром, взаимодействует с дождем, с солнечными лучами и при этом образуются различные загрязняющие вещества: меркаптаны ,  диоксид серы, «кислые дожди», сероводород и т.п. Эти загрязнители окружающей среды антропогенно действуют на растительный покров, водоемы, атмосферный воздух, что отрицательно действует на здоровье человека, особенно в регионах нефтедобычи и нефтепереработки (Атырауская, Мангыстауская, Актюбинская, Кзылординская и Южно-Казахстанская области).

Отвальная сера не перерабатывается и продается в виде гранулированной, чешуйчатой и комовой серы (в Китай, около млн. тонн в год). Но от этого  количество серы не уменьшается. Поэтому, созрела необходимость переработки  серы-отхода в полезные продукты для  промышленности и агромпромышленного комплекса.

Только в «Тингизшевройл» в  сутки скирдуется в открытых больших  восьми терриконах до 2 тыс. т серы. Сера уносится ветром, выпадает в виде кислотных  дождей, образует меркаптаны и сероводород, отравляя почву, воздух и водоемы  и оказывая негативное воздействие  на природную среду, что создает  техногенную обстановку в местах проживания людей, вызывая различные  виды заболеваний и снижая демографические  показатели населения.

Целью данной работы является экологическая  оценка влияния нефти и отходов  ее переработки на почвенный покров земли. При разливах нефти, нефтепродуктов происходят необратимые изменения  химических, физических и микробиологических свойств почвы, являющихся основными  причинами, ухудшающими плодородный  слой почвы за счет нарушения ее структуры и загрязнения химикатами и, как следствие, вызывая эрозионные процессы в почве.

Экологической проблемой в работе ТОО «Тенгизшевройл» являются большие  запасы на его территории комовой  серы. В Атырауской области за 2007 г. было загрязнено более 2500 га почв, из них рекультивировано всего 490,4 га. В Актюбинской области отходы нефтегазодобычи только ОАО «СНПС - Актобемунайгаз» в 2007 г. составили 47,5 тыс.т, в том числе, серы - 23,9 тыс.т. На месторождении «Жанажол» ОАО  «СНПС-Актобемунайгаз» на буровой  выявлено захоронение шлама в  амбарах, не приспособленных для  этих целей.

 

Поданным результатов исследований состояние почвы на месторождениях «Акжар», «Каратобе», «Конкияк», «Жанажол», «Кокжиде», «Алибекмона» и др. наблюдается высокая степень загрязнения нефтепродуктами и отходами. Содержание нефтепродуктов превышает предельно-допустимую концентрацию (ПДК) в 3-4 раза. Загрязнение почвенного покрова нефтепродуктами достигает в некоторых случаях до 84 г/кг почвы. Среднее содержание нефтепродуктов в загрязненных почвенных грунтах составляет 10-12 г/кг.

Основными компонентами нефти, загрязняющими  почву, являются: бициклические нафтены, моноциклические нафтены, толуольные смолы и асфальтены, количественное содержание которых определялось по следующей методике.

Проба почвы измельчалась и просеивалась через сито с диаметром ячейки 1 мм. Из образца отбиралась аналитическая  проба почвы массой 30 г, помещалась в колбу емкостью 150- 250 мл, заливалась хлороформом в объеме 100-150 мл и  оставлялась на сутки. Затем несколько  раз проводилась экстракция хлороформом  до получения в последних порциях  бесцветного экстракта. Экстрагент - хлороформ отгонялся на перегонной установке. Когда в колбе оставалось 20-25 мл экстракта, отгонка прекращалась. Кубовый остаток из колбы сливался в заранее взвешенный 50-миллиметровый стаканчик (P₁). Колба дважды ополаскивался хлороформом, который сливался в тот же стакан. Затем емкость (стакан) переносилась в вытяжной шкаф для испарения хлороформа. Стаканчик с образцом (Р₂) после испарения хлороформа взвешивался и определялось общее содержание нефтепродуктов по формуле

A =P₂ – P_1,

где Р₁ - вес пустого стаканчика; Р₂ - вес стакана с образцом.

Содержание нефтепродуктов X (мг/кг почвы) вычислялось по формуле

     

где А - найденное количество нефтепродуктов в граммах; В - навеска почвы, взятой для анализа в граммах.

Качественный анализ компонентов  нефти проводился с использованием методов: избирательного растворения, колоночной и адсорбционной хроматографии, тонкослойной хроматографии. Высушенный хлороформный остаток нефтепродуктов последовательно обрабатывался предельными углеводородами (С₅ - C₈): гексаном - для выделения парафинонафтеновых соединений; затем смесью гексан + бензол в соотношении (9:1) объемных - для выделения моноциклических ароматических соединений; и далее смесью гексан + бензол в соотношении (8:2) объемных - для выделения бициклоароматических соединений. Остаток последовательно обрабатывался бензолом и спиртобензольной смесью в соотношении (1:1) объемных. Для более четкого разделения компонентов применялась колоночная адсорбционная хроматография, и каждая вытяжка пропускалась в отдельных колонках, наполненных AL₂O₃ II степени активности по Брокману. Выделенные из хроматографических колонок индивидуальные хроматографически чистые пробы подвергались ИК - спектрометрическому анализу [2].

Снятие ИК - спектров проводилось на двухлучевом спектрофотометре Specord 75JR (400- 4000 см^-1). Условия регистрации: щелевая программа 2,5 мм; скорость развертки спектра - 164

см^-1/мин; коэффициент замедления - 0,3; масштаб по оси абсцисс - 7,5 мм/100 см^-1 ; коэффициент усиления - 2; постоянная времени самописца - 3. Толщина поглощающего слоя составляла - 0,02-0,05 мм, пропускание в пределах 10-90%, для широких полос - 8-10%.

Анализировали 5 проб загрязненной почвы, отобранных из прилегающих территорий пяти скважин месторождения «Кумколь». Количественное содержание нефтепродуктов в пробах почвы приведено в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 - Содержание нефтепродуктов в пробах загрязненных почв

 

№	Номера проб	Содержание нефтепродуктов, г/кг
1	Проба №1 скважины № 18	7,4
2	Проба №2 скважины № 27	7,4
3	Проба №3 скважины № 41	9,5
4	Проба №4 скважины № 4	9,5
5	Проба №5 скважины № 18	9,5

 

На рисунке 1 представлены тонкослойные хроматограммы состава нефтепродуктов хлороформного экстракта загрязненных почв всех проб от первой до пятой.

Нумерация на хроматограмме по вертикали соответствует нумерации пробы: 1 - проба №1,2 - проба №2 и т.д.; по горизонтали - компонентам нефти.

Как видно из рисунка проба 1 состоит из пяти компонентов с = 0,96, = 0,92,

  =0,77, = 0,6, = 0,33; проба 2 - из четырех компонентов; проба 3 - из пяти компонентов, как и в первой пробе; проба 4 - из 4 компонентов, отсутствует компонент 2; проба 5 - из четырех компонентов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 - Тонкослойная хроматограмма компонентов нефти в почве

 

 

 

                                                                                         Длина волны, v = 100 см^-1

Рисунок 2- ИК-спектр компонента-2с  R₁ =0,92

На рисунке 2 приведен ИК-спектр компонента нефти. В спектре компонента 2 с  =0,92 (вязкое масло желтого цвета) имеются полосы поглощения: 1350; 1420; 2280; 2850; 2926 см^-1. Полоса 1350 см^-1 характерна для деформационных симметричных колебаний алифатических цепей (СН₃); полоса 1420 см^-1 характерна для плоскостных С-С связей бензольного кольца и деформационных (-СН2-) связей; полоса 2280 см^-1 характерна для (-СН2-) (в алканах, алкильных группах); полосы 2850 и 2926 см^-1 характерны для алифатических соединений нефти [3].

 

 

 

                                                                                               n = 1-2

На основании ИК - спектра и  литературных данных компонент 2 был  идентифицирован как моноциклоароматическое соединение (МЦАС) со следующей структурой: R₁ = 1-2СН₃,

R₂  = -{CH₂-CH₂)_n-

Остальные компоненты нефти идентифицированы таким же образом.

В таблице 2 приведены данные по количественному  и качественному составу компонентов  нефти в почве. Как видно из таблицы, самая высокая концентрация компонента нефти в почве во всех пробах наблюдается для толуольных смол.

 

 

 

 

 

 

Таблица 2 - Качественное и количественное содержание компонентов нефти в  пробах загрязненных почв

 

Номера проб	Мальтены								Асфальтены
	ПЦНС	содержание, %	МЦАС	содержание, %	БЦАС	содержание, %	ТС	содержание, %	АС	содерж. %
Проба №1	+	10	+	15	+	65	+	5	+	5
Проба №2	+	12	-	-	+	58	+	24	-	6
Проба №3	+	14	+	20	+	60	+	57	+	4
Проба №4	-	-	+	40	+	40	+	15	+	5
Проба №5	+	25	-	-	+	55	+	17	+	3

 

Выводы:

1. Установлено пагубное влияние отходов нефтегазодобывающей отрасли на окружающую среду (почву, воду, население).
2. Выявлены загрязнители почв: полициклонафтеновые соединения (ПЦНС), моноцик- лоароматические соединения (МЦАС), бициклоароматические соединения (БЦАС), толуольные смолы (ТС), асфальтены (АС).
3. Установлен основной загрязнитель почвы: бициклоароматические соединения (БЦАС).

 

Литература

1. Ужкенова А.Т. Загрязнение нефтепродуктами почвенных экосистем // Материалы межд. научно-практ.  конф., посв. 70-летию КазНУ им. Аль-Фараби. - Алматы, 2004.-С.67-69.
2. Инфракрасные спектры нефтей Казахстана (Атлас). - Алматы, 1987.-С.17.
3. Руководство по аналитической химии /под ред. Ю.А.Клячко.-М.: Мир, 1975 - С.245.