Помощь студентам в учебе
Повышение эффективности рекультивации нефтезагрязненных земель для районов Крайнего Севера
|
Введение 2
1. Физико-географический очерк района исследования 5
1.1 Геологическое строение 5
1.2 Гидрография 7
1.3 Климат 8
1.4 Почвенный покров 9
1.5 Растительный и животный миры 11
2. Причины и последствия разливов нефтепродуктов в северных регионах РФ 13
2.1 Основные этапы трансформации нефти в почвенном покрове 19
3. Краткий обзор природоохранного законодательства в сфере контроля над нефтегазовой отраслью 26
4. Рекультивация нефтезагрязненных земель с помощью торфа 32
5. Фактический материал и методы исследования 38
5.1 Составление плана рекультивации 48
6. Заключение 54
Приложения 56
Список использованной литературы 59
1. Физико-географический очерк района исследования 5
1.1 Геологическое строение 5
1.2 Гидрография 7
1.3 Климат 8
1.4 Почвенный покров 9
1.5 Растительный и животный миры 11
2. Причины и последствия разливов нефтепродуктов в северных регионах РФ 13
2.1 Основные этапы трансформации нефти в почвенном покрове 19
3. Краткий обзор природоохранного законодательства в сфере контроля над нефтегазовой отраслью 26
4. Рекультивация нефтезагрязненных земель с помощью торфа 32
5. Фактический материал и методы исследования 38
5.1 Составление плана рекультивации 48
6. Заключение 54
Приложения 56
Список использованной литературы 59
Территория Российской Федерации располагается в нескольких климатических зонах. Сточки зрения протекания экологических процессов наиболее интересным регионом является Крайний Север и природно-климатическая зона тундры-лесотундры, которая занимает более 13% площади территории России. Вследствие особого температурного ре-жима и режима осадков многие естественные процессы в ней ослаблены и замедлены. В их число входит, например, способность почв восстанавливаться самостоятельно после повреждений, возникших в результате интенсивных антропогенных нагрузок.
Одним из наиболее вредоносных и опасных является, безусловно, техногенная деятельность, вызывающая порой необратимые негативные изменения состояния природной среды. В Мурманской области к таковым относится наиболее развитое горнодобывающее производство. Однако, встречаются и другие источники воздействия, которые приносят порой еще больший ущерб, но лишь на небольших участках, подверженных воздействию в основном локальных стационарных источников. К таковым относится загрязнение почв тундры нефтью и нефтепродуктами.
Исследуемая площадка расположена в северо-западном районе Кольского полуострова в непосредственной близости от норвежской границы, в нескольких км от границ территории государственного природного заповедника «Пасвик». Мурманская область не является нефтедобывающим или нефтеперерабатывающим регионом, несмотря на это, определенное негативное влияние нефтепродуктов прослеживается и в этом регионе. К источникам загрязнений относятся нефтебазы и другие объекты топливно-энергетического комплекса, крупные промышленные предприятия, которые имеют в своей структуре автотранспортные подразделения и АЗС. Помимо перечисленных объектов, определенную долю в загрязнение вносят бывшие объекты Министерства обороны РФ – некоторые участки были заняты военными базами, после демобилизации которых образовались местные разливы нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов. Это происходило в основном в результате нарушения целостности контейнеров для хранения таковых и неграмотного вывода техники. Отказ от оперативного проведения работ по рекультивации способствовал возникновению площадного загрязнения на местах прежнего нахождения таких объектов. На данный момент такие территории не используются и находятся в неблагоприятном состоянии. Нефтепродукты мигрировали от источника загрязнения, что привело к увеличению площади его распространения, проникновению токсичных веществ вглубь почвенного профиля, угнетению растительных сообществ вплоть до полного их уничтожения на отдельных участках. Именно к таким неблагоприятным объектам относится и исследуемый участок.
Отметим, что помимо нефтяного загрязнения неблагоприятное влияние оказывает комбинат Печенганикель, который является источником выброса тяжелых металлов в рассматриваемом регионе.
В связи с неблагоприятными климатическими особенностями, низкой скоростью естественных биологических процессов, высоким уровнем загрязнения и деградацией почвенного и растительного покровов на объекте исследований появляется острая необходимость скорейшего восстановления нарушенной экосистемы до такого уровня, чтобы было возможно ее самостоятельное функционирование без поддерживающего влияния «извне».
Цель работы: целью данной работы является исследование повышения эффективности рекультивации нефтезагрязненных земель на биологическом этапе с применением модифицированного удобрением торфа и составление плана рекультивации загрязненного участка.
Задачи:
• Отбор проб по регулярной сетке на исследуемой площадке;
• Пробоподготовка почв и торфа;
• Количественный анализ содержания нефтепродуктов в образцах почв;
• Проведение микробиологического этапа рекультивации путем добавления натурального сорбента – активированного удобрением торфа;
• Оценка динамики уровня фитотоксичности по показателям всхожести тесто-вой культуры (щавель) в загрязненных и очищенных образцах почв;
• Проведение второго этапа лабораторных анализов – оценка содержания нефтепродуктов в очищенных пробах.
Актуальность работы: почвы северных регионов имеют ограниченный потенциал к самоочищению и самовосстановлению, так как аборигенные микроорганизмы из-за климатических особенностей региона являются малоактивными. Тяжелые нефтепродукты не испаряются с поверхности и не разлагаются микроорганизмами-деструкторами со скоростью, достаточной для поддержания стабильного состояния экосистемы. Вследствие чего спустя и 15 лет после возникновения загрязнения рассматриваемый участок относится к нарушенным территориям с пониженной биопродуктивностью.
Более того, для исследуемого региона отсутствуют установленные государственные нормативы содержание нефтепродуктов в почве, на которые можно было бы ориентироваться при оценке качества рекультивации территорий, расположенных в Мурманской области. Также не существует норм внесения минеральных удобрений в торф и самого торфа на загрязненные площадки при использовании данного органического субстрата на биологическом этапе рекультивации нефтезагрязненных земель.
Все перечисленные аспекты усложняют составление проекта рекультивации площадки и требуют в первую очередь подготовки теоретической базы для успешного осуществления рекультивации на местности.
Одним из наиболее вредоносных и опасных является, безусловно, техногенная деятельность, вызывающая порой необратимые негативные изменения состояния природной среды. В Мурманской области к таковым относится наиболее развитое горнодобывающее производство. Однако, встречаются и другие источники воздействия, которые приносят порой еще больший ущерб, но лишь на небольших участках, подверженных воздействию в основном локальных стационарных источников. К таковым относится загрязнение почв тундры нефтью и нефтепродуктами.
Исследуемая площадка расположена в северо-западном районе Кольского полуострова в непосредственной близости от норвежской границы, в нескольких км от границ территории государственного природного заповедника «Пасвик». Мурманская область не является нефтедобывающим или нефтеперерабатывающим регионом, несмотря на это, определенное негативное влияние нефтепродуктов прослеживается и в этом регионе. К источникам загрязнений относятся нефтебазы и другие объекты топливно-энергетического комплекса, крупные промышленные предприятия, которые имеют в своей структуре автотранспортные подразделения и АЗС. Помимо перечисленных объектов, определенную долю в загрязнение вносят бывшие объекты Министерства обороны РФ – некоторые участки были заняты военными базами, после демобилизации которых образовались местные разливы нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов. Это происходило в основном в результате нарушения целостности контейнеров для хранения таковых и неграмотного вывода техники. Отказ от оперативного проведения работ по рекультивации способствовал возникновению площадного загрязнения на местах прежнего нахождения таких объектов. На данный момент такие территории не используются и находятся в неблагоприятном состоянии. Нефтепродукты мигрировали от источника загрязнения, что привело к увеличению площади его распространения, проникновению токсичных веществ вглубь почвенного профиля, угнетению растительных сообществ вплоть до полного их уничтожения на отдельных участках. Именно к таким неблагоприятным объектам относится и исследуемый участок.
Отметим, что помимо нефтяного загрязнения неблагоприятное влияние оказывает комбинат Печенганикель, который является источником выброса тяжелых металлов в рассматриваемом регионе.
В связи с неблагоприятными климатическими особенностями, низкой скоростью естественных биологических процессов, высоким уровнем загрязнения и деградацией почвенного и растительного покровов на объекте исследований появляется острая необходимость скорейшего восстановления нарушенной экосистемы до такого уровня, чтобы было возможно ее самостоятельное функционирование без поддерживающего влияния «извне».
Цель работы: целью данной работы является исследование повышения эффективности рекультивации нефтезагрязненных земель на биологическом этапе с применением модифицированного удобрением торфа и составление плана рекультивации загрязненного участка.
Задачи:
• Отбор проб по регулярной сетке на исследуемой площадке;
• Пробоподготовка почв и торфа;
• Количественный анализ содержания нефтепродуктов в образцах почв;
• Проведение микробиологического этапа рекультивации путем добавления натурального сорбента – активированного удобрением торфа;
• Оценка динамики уровня фитотоксичности по показателям всхожести тесто-вой культуры (щавель) в загрязненных и очищенных образцах почв;
• Проведение второго этапа лабораторных анализов – оценка содержания нефтепродуктов в очищенных пробах.
Актуальность работы: почвы северных регионов имеют ограниченный потенциал к самоочищению и самовосстановлению, так как аборигенные микроорганизмы из-за климатических особенностей региона являются малоактивными. Тяжелые нефтепродукты не испаряются с поверхности и не разлагаются микроорганизмами-деструкторами со скоростью, достаточной для поддержания стабильного состояния экосистемы. Вследствие чего спустя и 15 лет после возникновения загрязнения рассматриваемый участок относится к нарушенным территориям с пониженной биопродуктивностью.
Более того, для исследуемого региона отсутствуют установленные государственные нормативы содержание нефтепродуктов в почве, на которые можно было бы ориентироваться при оценке качества рекультивации территорий, расположенных в Мурманской области. Также не существует норм внесения минеральных удобрений в торф и самого торфа на загрязненные площадки при использовании данного органического субстрата на биологическом этапе рекультивации нефтезагрязненных земель.
Все перечисленные аспекты усложняют составление проекта рекультивации площадки и требуют в первую очередь подготовки теоретической базы для успешного осуществления рекультивации на местности.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был проведен ряд опытов, направленных на подтверждение эффективности рекультивации нефтезагрязненных зе-мель при помощи активированного торфа.
Результаты лабораторного анализа загрязненных проб почв указывали на очень высокий уровень загрязнения почвенного покрова, в особенности для почв, обладающих низкой биогенной активностью. Данные подтверждались и визуальной оценкой состояния исследуемой площадки – наблюдалась деградация растительного покрова, маслянистые пятна на поверхности. Более того анализ распределения загрязнения на глубину показал, что нефть просочилась и в нижележащие почвенные горизонты на глубину более 20 см.
Перечисленные выше факторы указывают на необходимость проведения целого комплекса работ по восстановлению нарушенного участка. В ходе данного исследования использовался биологический метод очищения загрязненных образцов. Результаты показали, что при добавлении в пробы почвы активированного торфа (при соотношении почва/торф 4:1) за две недели содержание нефтепродуктов снижается не менее чем на 1000 мг/кг. Учитывая, что загрязнение не свежее, а в почве сохранились лишь недоступные микроорганизмам, трудно-разложимые, тяжелые фракции углеводородных соединений данные показатели рассматриваются как приемлемые. Отметим, что при увеличении количества вносимого сорбента до соотношения почва/торф 2:1 содержание нефтяных угле-водородных соединений в очищенных образцах уменьшается за две недели не менее чем на 5000 мг/кг, а максимально более чем на 12000 мг/кг.
Данные фитотоксичности показывают, что всхожесть ростков щавеля повысилась в среднем на 10%, что связано как со снижением токсичности почв вследствие уменьшения количества сложных углеводородных соединений, так и с внесением в почву питательного субстрата, который снижает дефицит минеральных и питательных веществ, позволяя тем самым активно размножаться микробным сообществам, ускоряющим деструкцию нефтяных углеводородов.
По итогам проведенных экспериментов использование активированного торфа на биологическом этапе рекультивации признается эффективным. Снижение содержания нефтепродуктов в совокупности со снижением фитотоксичности за столь короткий срок (2 недели) позволяет в дальнейшем использовать предложенный метод для восстановления почвенного и растительного покрова исследуемой площадки.
Пропорция почва/торф 4:1 признается более эффективной особенно при высоких уровнях загрязнения и суровых климатических условиях, также возможно повышение срока рекультивации с двух недель до месяца, чтобы торф смог полноценно впитать и способствовал полноценному разложению углеводородных соединений путем активации аборигенной микрофлоры.
При разработке плана рекультивации для его осуществления непосредственно на местности рекомендуется проведение комплекса работ, начиная с агротехнических методов и заканчивая этапом фиторемедиации для закрепления почвенного и растительного покровов.
В завершении выражаю особую благодарность Мязину Владимиру Александровичу (ИППЭС КНЦ РАН) за помощь в проведении полевых работах и лабораторного этапа ис-следования. За ценные советы по написанию работы научному руководителю – Беляеву Анатолию Михайловичу (СПбГУ, ИНоЗ).
Результаты лабораторного анализа загрязненных проб почв указывали на очень высокий уровень загрязнения почвенного покрова, в особенности для почв, обладающих низкой биогенной активностью. Данные подтверждались и визуальной оценкой состояния исследуемой площадки – наблюдалась деградация растительного покрова, маслянистые пятна на поверхности. Более того анализ распределения загрязнения на глубину показал, что нефть просочилась и в нижележащие почвенные горизонты на глубину более 20 см.
Перечисленные выше факторы указывают на необходимость проведения целого комплекса работ по восстановлению нарушенного участка. В ходе данного исследования использовался биологический метод очищения загрязненных образцов. Результаты показали, что при добавлении в пробы почвы активированного торфа (при соотношении почва/торф 4:1) за две недели содержание нефтепродуктов снижается не менее чем на 1000 мг/кг. Учитывая, что загрязнение не свежее, а в почве сохранились лишь недоступные микроорганизмам, трудно-разложимые, тяжелые фракции углеводородных соединений данные показатели рассматриваются как приемлемые. Отметим, что при увеличении количества вносимого сорбента до соотношения почва/торф 2:1 содержание нефтяных угле-водородных соединений в очищенных образцах уменьшается за две недели не менее чем на 5000 мг/кг, а максимально более чем на 12000 мг/кг.
Данные фитотоксичности показывают, что всхожесть ростков щавеля повысилась в среднем на 10%, что связано как со снижением токсичности почв вследствие уменьшения количества сложных углеводородных соединений, так и с внесением в почву питательного субстрата, который снижает дефицит минеральных и питательных веществ, позволяя тем самым активно размножаться микробным сообществам, ускоряющим деструкцию нефтяных углеводородов.
По итогам проведенных экспериментов использование активированного торфа на биологическом этапе рекультивации признается эффективным. Снижение содержания нефтепродуктов в совокупности со снижением фитотоксичности за столь короткий срок (2 недели) позволяет в дальнейшем использовать предложенный метод для восстановления почвенного и растительного покрова исследуемой площадки.
Пропорция почва/торф 4:1 признается более эффективной особенно при высоких уровнях загрязнения и суровых климатических условиях, также возможно повышение срока рекультивации с двух недель до месяца, чтобы торф смог полноценно впитать и способствовал полноценному разложению углеводородных соединений путем активации аборигенной микрофлоры.
При разработке плана рекультивации для его осуществления непосредственно на местности рекомендуется проведение комплекса работ, начиная с агротехнических методов и заканчивая этапом фиторемедиации для закрепления почвенного и растительного покровов.
В завершении выражаю особую благодарность Мязину Владимиру Александровичу (ИППЭС КНЦ РАН) за помощь в проведении полевых работах и лабораторного этапа ис-следования. За ценные советы по написанию работы научному руководителю – Беляеву Анатолию Михайловичу (СПбГУ, ИНоЗ).