Помощь студентам в учебе
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПАВ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАРУШЕННЫХ АРКТИЧЕСКИХ ЗЕМЕЛЬ
|
Введение 6
Глава 1 Основные подходы к изучению территорий техногенного загрязнения в Арктике и их реабилитации 13
1.1 Климатические, географические, экосистемные особенности
Арктической зоны 13
1.2 Проблема накопленного вреда окружающей среде и его ликвидации
в условиях Арктики 14
1.2.1 Нефтяное загрязнение арктических экосистем и его экологические последствия... 17
1.2.2 Обзор современных методов и технологий рекультивации нефтезагрязненных
земель Крайнего Севера и Арктики 20
1.2.3 Опыт реализации проектов ликвидации объектов накопленного вреда
окружающей среде в арктической зоне России и стран мира 24
1.2.4 Реагентный метод очистки нефтезагрязненных почвогрунтов
в условиях Арктики 28
1.3 Экологические аспекты применения реагентов на основе поверхностно-активных веществ в процессах очистки нефтезагрязненных земель и нефтешламов 39
1.3.1 Поведение и биодеградация реагентов на основе поверхностно-активных
веществ в объектах окружающей среды 39
1.3.2 Экотоксикологические характеристики реагентов на основе
поверхностно-активных веществ 40
1.3.3 Критерии выбора реагентов на основе поверхностно-активных веществ
для очистки нефтезагрязненных почв и нефтешламов 42
1.4 Методы контроля восстановления почв и их экосистемных функций 43
Выводы по Главе 1 44
Глава 2 Характеристика методов исследования 45
2.1 Методы полевых исследований 45
2.2. Методы камерального исследования объектов антропогенного загрязнения 46
2.2.1 Определение химических и физических характеристик проб природных
почвогрунтов, донных отложений, шламов и поверхностных вод 46
2.2.2 Исследование эффективности реагентного метода обработки нефтезагрязненных
модельных почв, природных грунтов и нефтешламов 51
2.2.3 Определение миграционной способности тяжелых металлов 52
2.2.4 Методы установления характеристик исследуемых реагентов, влияющих
на экотоксикологические свойства НЗПГ и НШ 53
Глава 3 Изучение объектов техногенного загрязнения 57
3.1 Изучение территории техногенного загрязнения п-ова Ямал 57
3.1.1 Естественная устойчивость арктических почв исследуемых территорий
к загрязнению нефтью и нефтепродуктами 57
3.1.2 Характеристика пунктов мониторинга на территории нефункционирующей
станции тропосферной релейной связи «Кама» 61
3.1.3 Результаты экологического мониторинга исследуемой территории 65
3.2 Результаты камеральных исследований химического загрязнения объектов окружающей среды 73
3.2.1 Результаты определения состава органических соединений и их распределения
по глубине почвенного профиля 77
3.2.2 Характеристика валового содержания химических элементов,
в том числе тяжелых металлов 83
3.3 Результаты определения физических характеристик исследуемых почвогрунтов 88
3.4 Характеристика растительного сообщества как индикатора экологического
состояния исследуемых территорий 90
3.5 Анализ требований к реабилитации исследуемой территории техногенного
загрязнения 92
Выводы по Главе 3 94
Глава 4 Исследование физико-химических процессов обработки техногенных почв
растворами поверхностно-активных веществ 96
4.1 Влияние параметров обработки почв на содержание в них органических соединений (на примере модельных почв) 96
4.1.1 Приготовление модельных почв и нефтепродуктов 96
4.1.2 Моделирование нефтезагрязненных почв 98
4.1.2 Исследуемые реагенты на основе поверхностно-активных веществ 98
4.1.3 Изучение эффективности снижения содержания органических соединений
на примере модельных почв 100
4.2 Экотоксикологические характеристики исследуемых поверхностно-активных веществ 106
4.2.1 Фитотоксичность 107
4.2.2 Биотоксичность 110
4.3 Планирование работ по рекультивации территорий техногенного загрязнения
с использованием поверхностно-активных веществ 111
4.4 Изучение эффективности обработки образцов почвогрунтов Арктической зоны .... 118
4.5 Исследование эффективности обработки нефтешламов реагентами на основе
поверхностно-активных веществ 119
4.5.1 Характеристика исследуемых образцов нефтешламов 120
4.5.2 Исследование эффективности очистки нефтешламов 121
Выводы по Главе 4 122
Глава 5 Экологическая безопасность применения поверхностно-активных веществ .... 124
5.1 Изменение экотоксикологических характеристик нефтезагрязненных арктических
почвогрунтов в результате реагентной обработки 124
5.1.1 Фитотоксичность 124
5.1.2 Биотоксичность 126
5.1.3 Изменение ферментативной активности нефтезагрязненных почвогрунтов 127
5.1.4 Характеристика отработанных растворов реагентов на основе поверхностно-
активных веществ 129
5.2 Изменение экотоксикологических характеристик нефтешламов в результате реагентной обработки 131
5.2.1 Фитотоксичность 131
5.2.2 Биотоксичность 132
5.3 Результаты опытно-промышленных испытаний комбинированной технологии рекультивации арктических земель с использованием реагентов на основе поверхностно¬
активных веществ (на примере ТРРС «Кама») 133
5.3.1 Рекультивация нефтезагрязненных участков 133
5.3.2 Первичные результаты in-situ реагентной обработки арктических
почвогрунтов 139
Выводы по Главе 5 140
Заключение 141
Список литературы 143
Приложение
Глава 1 Основные подходы к изучению территорий техногенного загрязнения в Арктике и их реабилитации 13
1.1 Климатические, географические, экосистемные особенности
Арктической зоны 13
1.2 Проблема накопленного вреда окружающей среде и его ликвидации
в условиях Арктики 14
1.2.1 Нефтяное загрязнение арктических экосистем и его экологические последствия... 17
1.2.2 Обзор современных методов и технологий рекультивации нефтезагрязненных
земель Крайнего Севера и Арктики 20
1.2.3 Опыт реализации проектов ликвидации объектов накопленного вреда
окружающей среде в арктической зоне России и стран мира 24
1.2.4 Реагентный метод очистки нефтезагрязненных почвогрунтов
в условиях Арктики 28
1.3 Экологические аспекты применения реагентов на основе поверхностно-активных веществ в процессах очистки нефтезагрязненных земель и нефтешламов 39
1.3.1 Поведение и биодеградация реагентов на основе поверхностно-активных
веществ в объектах окружающей среды 39
1.3.2 Экотоксикологические характеристики реагентов на основе
поверхностно-активных веществ 40
1.3.3 Критерии выбора реагентов на основе поверхностно-активных веществ
для очистки нефтезагрязненных почв и нефтешламов 42
1.4 Методы контроля восстановления почв и их экосистемных функций 43
Выводы по Главе 1 44
Глава 2 Характеристика методов исследования 45
2.1 Методы полевых исследований 45
2.2. Методы камерального исследования объектов антропогенного загрязнения 46
2.2.1 Определение химических и физических характеристик проб природных
почвогрунтов, донных отложений, шламов и поверхностных вод 46
2.2.2 Исследование эффективности реагентного метода обработки нефтезагрязненных
модельных почв, природных грунтов и нефтешламов 51
2.2.3 Определение миграционной способности тяжелых металлов 52
2.2.4 Методы установления характеристик исследуемых реагентов, влияющих
на экотоксикологические свойства НЗПГ и НШ 53
Глава 3 Изучение объектов техногенного загрязнения 57
3.1 Изучение территории техногенного загрязнения п-ова Ямал 57
3.1.1 Естественная устойчивость арктических почв исследуемых территорий
к загрязнению нефтью и нефтепродуктами 57
3.1.2 Характеристика пунктов мониторинга на территории нефункционирующей
станции тропосферной релейной связи «Кама» 61
3.1.3 Результаты экологического мониторинга исследуемой территории 65
3.2 Результаты камеральных исследований химического загрязнения объектов окружающей среды 73
3.2.1 Результаты определения состава органических соединений и их распределения
по глубине почвенного профиля 77
3.2.2 Характеристика валового содержания химических элементов,
в том числе тяжелых металлов 83
3.3 Результаты определения физических характеристик исследуемых почвогрунтов 88
3.4 Характеристика растительного сообщества как индикатора экологического
состояния исследуемых территорий 90
3.5 Анализ требований к реабилитации исследуемой территории техногенного
загрязнения 92
Выводы по Главе 3 94
Глава 4 Исследование физико-химических процессов обработки техногенных почв
растворами поверхностно-активных веществ 96
4.1 Влияние параметров обработки почв на содержание в них органических соединений (на примере модельных почв) 96
4.1.1 Приготовление модельных почв и нефтепродуктов 96
4.1.2 Моделирование нефтезагрязненных почв 98
4.1.2 Исследуемые реагенты на основе поверхностно-активных веществ 98
4.1.3 Изучение эффективности снижения содержания органических соединений
на примере модельных почв 100
4.2 Экотоксикологические характеристики исследуемых поверхностно-активных веществ 106
4.2.1 Фитотоксичность 107
4.2.2 Биотоксичность 110
4.3 Планирование работ по рекультивации территорий техногенного загрязнения
с использованием поверхностно-активных веществ 111
4.4 Изучение эффективности обработки образцов почвогрунтов Арктической зоны .... 118
4.5 Исследование эффективности обработки нефтешламов реагентами на основе
поверхностно-активных веществ 119
4.5.1 Характеристика исследуемых образцов нефтешламов 120
4.5.2 Исследование эффективности очистки нефтешламов 121
Выводы по Главе 4 122
Глава 5 Экологическая безопасность применения поверхностно-активных веществ .... 124
5.1 Изменение экотоксикологических характеристик нефтезагрязненных арктических
почвогрунтов в результате реагентной обработки 124
5.1.1 Фитотоксичность 124
5.1.2 Биотоксичность 126
5.1.3 Изменение ферментативной активности нефтезагрязненных почвогрунтов 127
5.1.4 Характеристика отработанных растворов реагентов на основе поверхностно-
активных веществ 129
5.2 Изменение экотоксикологических характеристик нефтешламов в результате реагентной обработки 131
5.2.1 Фитотоксичность 131
5.2.2 Биотоксичность 132
5.3 Результаты опытно-промышленных испытаний комбинированной технологии рекультивации арктических земель с использованием реагентов на основе поверхностно¬
активных веществ (на примере ТРРС «Кама») 133
5.3.1 Рекультивация нефтезагрязненных участков 133
5.3.2 Первичные результаты in-situ реагентной обработки арктических
почвогрунтов 139
Выводы по Главе 5 140
Заключение 141
Список литературы 143
Приложение
Актуальность темы исследования. Приоритетными в современной природоохранной сфере считаются задачи обеспечения устойчивого функционирования и восстановления экосистем, нарушенных в процессе осуществления хозяйственной деятельности человека, в том числе связанной с добычей, транспортировкой, хранением, переработкой нефти и использованием нефтепродуктов [1, 2, 3]. Восстановление природных объектов при загрязнении высокотоксичными нефтепродуктами, которые характеризуются низкой скоростью фото- и биодеградации, остаются серьезной экологической проблемой, угрожающей распространением в окружающей среде опасных компонентов и их переносом в подземные воды и пищевую цепь. Нефтяное загрязнение почв приводит не только к морфологическим и структурным изменениям, снижению плодородия, но и к изменению тонких механизмов функционирования почв, окислительно-восстановительных процессов, снижению активности почвенных ферментов и биоразнообразия микробных комплексов, что приводит к нарушению экологического баланса в наземных биомах, трансформации трофических звеньев естественных биогеоценозов или даже их гибели [4].
Существует немало технологий очистки нефтезагрязненных почв и почвогрунтов, применяющихся как in-situ, так и ex-situ. В последние несколько десятилетий ремедиация природных сред на основе современных биотехнологических методов, в частности, стимуляции природного комплекса нефтеокисляющих микроорганизмов (биостимуляция) и интродукции специальных штаммов и комплексных биопрепаратов (биоаугментация), вызывают все возрастающий интерес. Однако эти методы оказались достаточно специфичными, они эффективны лишь для небольшой категории нефтепродуктов, представленных легкими нефтяными углеводородами, к тому же адаптированы к конкретным условиям. До настоящего времени на практике наиболее распространенными являются методы, основанные на термической и физико-химической обработке [3].
Ужесточение требований к внедрению экологически безопасных технологий и стремление к минимизации загрязнений приводят к необходимости повышения качества очистки загрязненных нефтепродуктами почв, почвогрунтов, нефтешламов, других природных и техногенных субстратов. Широкое распространение при этом находит использование физико¬химических, в частности, реагентных, способов очистки. Промывка нефтезагрязненных субстратов горячими растворами реагентов - поверхностно-активными веществами, - согласно нормативным документам (ГОСТ Р 57447-2017 ИТС НДТ «Рекультивация земель и земельных участков, загрязнённых нефтью и нефтепродуктами» и Industrial Emission Directive 2010/75/EU (Final Draft 2017) «Best available Techniques (BAT) Reference Document for Waste Treatment»), относится к наилучшим доступным технологиям. Однако химические реагенты, применяющиеся для промывки отходов нефтяной индустрии, обладают потенциальным риском вторичного загрязнения объектов окружающей среды, что должно стать предметом глубокого изучения.
Степень разработанности темы. В настоящее время накоплен значительный опыт исследований, посвященных решению проблемы загрязнения почв Арктической зоны (А.А. Соловьянов, Е.В. Смиренникова, О.Е. Медведева, Ю.Г. Кутинов, Ю.И. Соколов, С.Г. Фокин, О.Д. Кононов, J. Gulinska, E. Yergeau, T. Gouin и др.). Также существует много работ в области применения поверхностно-активных веществ в процессах рекультивации земель, включающих изучение технологических и экологических аспектов данного метода (Е.М. Анчугова, М.Ю. Макарова, В.П. Мурыгина, А.Б. Курченко, М.Д. Плотникова, J. Mouton, Zh. Shi, A. Zubair, S. Mohanty, Sh. Lamichhane и др.). Однако, исследования возможности применения данного метода в условиях Арктики малочисленны и фрагментарны. В данной связи, очевидна необходимость исследования технологической возможности и экологической безопасности использования поверхностно-активных веществ в процессах рекультивации нефтезагрязненных арктических почв.
Цели и задачи исследования
Цель исследования - установить технологические и экологические условия для обработки объектов техногенного загрязнения в Арктике.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи.
1. Для установления уровня нефтяного загрязнения провести экологический мониторинг территории нефункционирующей станции радиорелейной связи «Кама» (Ямало-ненецкий автономный округ, западное побережье Обской губы).
2. Изучить физико-химические процессы обработки нефтезагрязненных почв поверхностно-активными веществами и установить их эффективность и экотоксикологические характеристики.
3. Изучить влияние реагентной обработки арктических почвогрунтов и нефтешламов на экосистемы с использованием биоиндикаторов.
4. Систематизировать условия экологически безопасного и эффективного способа обработки поверхностно-активными веществами нефтезагрязненных почв в Арктике.
Научная новизна. Заключается в разработке научно обоснованного комплекса теоретических положений, методических подходов и рекомендаций по использованию поверхностно-активных веществ для очистки и восстановления нарушенных нефтяным загрязнением арктических земель.
Новые научные результаты, полученные в диссертации:
- получены новые данные об уровнях нефтяного загрязнения земель, прилегающих к территории поселка Мыс Каменный; содержание нефтепродуктов до 124 г/кг превысило допустимые уровни, установленные для подобных природных арктических зон;
- установлен состав нефтяного загрязнения; выявлено, что на отдельных участках преобладают нефтяные углеводороды Сп...С23 нормального и изо-строения, включая изопрены, что подтверждает предположение о том, что источником загрязнения являлось дизельное топливо.
- впервые в результате многокритериального анализа фито-, биотоксичности и параметров изменения качества почв были установлены уровни экологической безопасности реагентов на основе ПАВ, применяемых для обработки нефтезагрязненных арктических почвогрунтов;
- определено, что не все реагенты, проявляющие моющие свойства в отношении нефтепродуктов, могут быть использованы для очистки уязвимых арктических почв; показано, что некоторые из них приводят к вымыванию гуминовых веществ, отвечающих за способность почв к восстановлению и к снижению каталазной активности почв;
- научно обоснован универсальный алгоритм принятия решения о выборе эффективных и экологически безопасных реагентов, который заключается в триадном принципе многокритериального сравнительного анализа реагентов на основе ПАВ.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Обоснован многофакторный подход к оценке применимости в условиях Арктики и Крайнего Севера признанных экологически безопасными для других климатических зон технологий рекультивации нефтезагрязненных земель. Выявлена необходимость дополнительной оценки экологических рисков использования реагентного метода рекультивации земель в условиях Арктики и Крайнего Севера ввиду ограниченности доступных инструментов государственного регулирования использования химических реагентов на основе ПАВ в процессах рекультивации и реабилитации нефтезагрязненных, в особенности уязвимых арктических, земель. Предложена новая методика, включающая алгоритм принятия решения о выборе экологически безопасного, эффективного ПАВ для целей реабилитации арктических территорий техногенного воздействия, включающий матрицу выбора технологии и ПАВ для обработки почвогрунтов и нефтешламов.
Выполнены инвентаризация объектов накопленного вреда окружающей среде, эколого-гидрогеологические, почвенные исследования территории, а также геоэкологическое опробование и оценка загрязненности почвогрунтов, поверхностных вод и донных отложений, а также лабораторные химико-аналитические исследования собранных образцов компонентов окружающей среды, данные которых являются основой разработки проекта ликвидации накопленного вреда.
Проведены испытания комбинированной технологии in-situ очистки нефтезагрязненных почв растворами ПАВ в районе п. Мыс Каменный, которые показали, что в течение экспедиционного периода содержание нефтепродуктов снизилось на (33,6±6,0)%, таким образом, данная технология может эффективно применяться для восстановления удаленных нарушенных арктических земель.
Результаты исследования применяются в учебном процессе при изучении дисциплины «Техника защиты окружающей среды».
Работа выполнялась в рамках научно-экспедиционных работ, включенных в перечень мероприятий программ комплексных научно-исследовательских арктических экспедиций «Ямал-Арктика 2018» и «Ямал-Арктика 2019».
Методология и методы исследования. В основу методологии исследований легли положения, разработанные З.С. Ежелевым, A. Zubair, S. Mohanty, Sh. Lamichhane.
Изучение физико-химических, токсикологических и биологических характеристик объектов исследования выполнено на основе современных аналитических методик исследований и принятых нормативных документов.
При проведении исследования были использованы следующие методы: полевые - визуальное обследование территории, отбор проб почв, поверхностных вод, донных отложений, растений; лабораторные - химические анализы почв, поверхностных вод, донных отложений, нефтешламов, исследование физических характеристик почвогрунтов, био- и фитотестирование растворов химических реагентов, почвогрунтов, нефтешламов; обработка результатов лабораторных исследований с использованием программных продуктов MS Excel, Logical Decisions v.7.2, Surfer 16 и методов математической статистики.
Существует немало технологий очистки нефтезагрязненных почв и почвогрунтов, применяющихся как in-situ, так и ex-situ. В последние несколько десятилетий ремедиация природных сред на основе современных биотехнологических методов, в частности, стимуляции природного комплекса нефтеокисляющих микроорганизмов (биостимуляция) и интродукции специальных штаммов и комплексных биопрепаратов (биоаугментация), вызывают все возрастающий интерес. Однако эти методы оказались достаточно специфичными, они эффективны лишь для небольшой категории нефтепродуктов, представленных легкими нефтяными углеводородами, к тому же адаптированы к конкретным условиям. До настоящего времени на практике наиболее распространенными являются методы, основанные на термической и физико-химической обработке [3].
Ужесточение требований к внедрению экологически безопасных технологий и стремление к минимизации загрязнений приводят к необходимости повышения качества очистки загрязненных нефтепродуктами почв, почвогрунтов, нефтешламов, других природных и техногенных субстратов. Широкое распространение при этом находит использование физико¬химических, в частности, реагентных, способов очистки. Промывка нефтезагрязненных субстратов горячими растворами реагентов - поверхностно-активными веществами, - согласно нормативным документам (ГОСТ Р 57447-2017 ИТС НДТ «Рекультивация земель и земельных участков, загрязнённых нефтью и нефтепродуктами» и Industrial Emission Directive 2010/75/EU (Final Draft 2017) «Best available Techniques (BAT) Reference Document for Waste Treatment»), относится к наилучшим доступным технологиям. Однако химические реагенты, применяющиеся для промывки отходов нефтяной индустрии, обладают потенциальным риском вторичного загрязнения объектов окружающей среды, что должно стать предметом глубокого изучения.
Степень разработанности темы. В настоящее время накоплен значительный опыт исследований, посвященных решению проблемы загрязнения почв Арктической зоны (А.А. Соловьянов, Е.В. Смиренникова, О.Е. Медведева, Ю.Г. Кутинов, Ю.И. Соколов, С.Г. Фокин, О.Д. Кононов, J. Gulinska, E. Yergeau, T. Gouin и др.). Также существует много работ в области применения поверхностно-активных веществ в процессах рекультивации земель, включающих изучение технологических и экологических аспектов данного метода (Е.М. Анчугова, М.Ю. Макарова, В.П. Мурыгина, А.Б. Курченко, М.Д. Плотникова, J. Mouton, Zh. Shi, A. Zubair, S. Mohanty, Sh. Lamichhane и др.). Однако, исследования возможности применения данного метода в условиях Арктики малочисленны и фрагментарны. В данной связи, очевидна необходимость исследования технологической возможности и экологической безопасности использования поверхностно-активных веществ в процессах рекультивации нефтезагрязненных арктических почв.
Цели и задачи исследования
Цель исследования - установить технологические и экологические условия для обработки объектов техногенного загрязнения в Арктике.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи.
1. Для установления уровня нефтяного загрязнения провести экологический мониторинг территории нефункционирующей станции радиорелейной связи «Кама» (Ямало-ненецкий автономный округ, западное побережье Обской губы).
2. Изучить физико-химические процессы обработки нефтезагрязненных почв поверхностно-активными веществами и установить их эффективность и экотоксикологические характеристики.
3. Изучить влияние реагентной обработки арктических почвогрунтов и нефтешламов на экосистемы с использованием биоиндикаторов.
4. Систематизировать условия экологически безопасного и эффективного способа обработки поверхностно-активными веществами нефтезагрязненных почв в Арктике.
Научная новизна. Заключается в разработке научно обоснованного комплекса теоретических положений, методических подходов и рекомендаций по использованию поверхностно-активных веществ для очистки и восстановления нарушенных нефтяным загрязнением арктических земель.
Новые научные результаты, полученные в диссертации:
- получены новые данные об уровнях нефтяного загрязнения земель, прилегающих к территории поселка Мыс Каменный; содержание нефтепродуктов до 124 г/кг превысило допустимые уровни, установленные для подобных природных арктических зон;
- установлен состав нефтяного загрязнения; выявлено, что на отдельных участках преобладают нефтяные углеводороды Сп...С23 нормального и изо-строения, включая изопрены, что подтверждает предположение о том, что источником загрязнения являлось дизельное топливо.
- впервые в результате многокритериального анализа фито-, биотоксичности и параметров изменения качества почв были установлены уровни экологической безопасности реагентов на основе ПАВ, применяемых для обработки нефтезагрязненных арктических почвогрунтов;
- определено, что не все реагенты, проявляющие моющие свойства в отношении нефтепродуктов, могут быть использованы для очистки уязвимых арктических почв; показано, что некоторые из них приводят к вымыванию гуминовых веществ, отвечающих за способность почв к восстановлению и к снижению каталазной активности почв;
- научно обоснован универсальный алгоритм принятия решения о выборе эффективных и экологически безопасных реагентов, который заключается в триадном принципе многокритериального сравнительного анализа реагентов на основе ПАВ.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Обоснован многофакторный подход к оценке применимости в условиях Арктики и Крайнего Севера признанных экологически безопасными для других климатических зон технологий рекультивации нефтезагрязненных земель. Выявлена необходимость дополнительной оценки экологических рисков использования реагентного метода рекультивации земель в условиях Арктики и Крайнего Севера ввиду ограниченности доступных инструментов государственного регулирования использования химических реагентов на основе ПАВ в процессах рекультивации и реабилитации нефтезагрязненных, в особенности уязвимых арктических, земель. Предложена новая методика, включающая алгоритм принятия решения о выборе экологически безопасного, эффективного ПАВ для целей реабилитации арктических территорий техногенного воздействия, включающий матрицу выбора технологии и ПАВ для обработки почвогрунтов и нефтешламов.
Выполнены инвентаризация объектов накопленного вреда окружающей среде, эколого-гидрогеологические, почвенные исследования территории, а также геоэкологическое опробование и оценка загрязненности почвогрунтов, поверхностных вод и донных отложений, а также лабораторные химико-аналитические исследования собранных образцов компонентов окружающей среды, данные которых являются основой разработки проекта ликвидации накопленного вреда.
Проведены испытания комбинированной технологии in-situ очистки нефтезагрязненных почв растворами ПАВ в районе п. Мыс Каменный, которые показали, что в течение экспедиционного периода содержание нефтепродуктов снизилось на (33,6±6,0)%, таким образом, данная технология может эффективно применяться для восстановления удаленных нарушенных арктических земель.
Результаты исследования применяются в учебном процессе при изучении дисциплины «Техника защиты окружающей среды».
Работа выполнялась в рамках научно-экспедиционных работ, включенных в перечень мероприятий программ комплексных научно-исследовательских арктических экспедиций «Ямал-Арктика 2018» и «Ямал-Арктика 2019».
Методология и методы исследования. В основу методологии исследований легли положения, разработанные З.С. Ежелевым, A. Zubair, S. Mohanty, Sh. Lamichhane.
Изучение физико-химических, токсикологических и биологических характеристик объектов исследования выполнено на основе современных аналитических методик исследований и принятых нормативных документов.
При проведении исследования были использованы следующие методы: полевые - визуальное обследование территории, отбор проб почв, поверхностных вод, донных отложений, растений; лабораторные - химические анализы почв, поверхностных вод, донных отложений, нефтешламов, исследование физических характеристик почвогрунтов, био- и фитотестирование растворов химических реагентов, почвогрунтов, нефтешламов; обработка результатов лабораторных исследований с использованием программных продуктов MS Excel, Logical Decisions v.7.2, Surfer 16 и методов математической статистики.
Ограниченная применимость классических методов и подходов к рекультивации нефтезагрязненных земель в условиях Арктики определила актуальность данного исследования, в рамках которого решена проблема выработки подхода к рекультивации земель техногенного загрязнения в Арктике с учетом приоритетности использования экологически безопасных и эффективных технологий и материалов.
Проведен экологический мониторинг территорий и инвентаризация объектов техногенного загрязнения нефункционирующей станции радиорелейной связи «Кама» (Ямало-ненецкий автономный округ, западное побережье Обской губы) в рамках программ комплексных научно-исследовательских арктических экспедиций «Ямал-Арктика 2018» и «Ямал-Арктика 2019». Результаты полевых и камеральных исследований показали наличие участков значительного нефтяного загрязнения, в том числе «исторического», что свидетельствует о достаточно высоком уровне антропогенной нагрузки на данной территории.
Выявлена необходимость проведения рекультивации исследуемой территории на основе оценки полученных данных с использованием разработанной расширенной методики определения приоритетности объекта нефтяного загрязнения. Полученные сведения о физико-химических характеристиках почвогрунтов и о состоянии растительного сообщества позволили предложить использование реагентной обработки арктических почвогрунтов в сочетании с биологическими методами реабилитации территории.
Изучены физико-химические процессы обработки нефтезагрязненных почв поверхностно-активными веществами в лабораторных условиях с использованием модельных почв различной структуры, арктических почвогрунтов и нефтешламов. Определен эффективный и наименее токсичный реагент на основе поверхностно-активных веществ - АддиМакс ПВ01, - представляется возможным его применение в процессах очистки нефтезагрязненных природных грунтов. Исследование эффективности отмыва нефтешламов теми же реагентами показало, что выбор химического реагента для обработки загрязненных нефтью почв индивидуален и должен основываться на результатах предварительных испытаний.
Изучено влияние реагентной обработки арктических почвогрунтов и нефтешламов на экосистемы с использованием биоиндикаторов: высших растений (быстрорастущей редьки масличной Brassica rapa CrGC syn. Rbr, овса посевного Avena sativa L.), пресноводных инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg, ферментов (каталазы и дегидрогеназ).
Проведенная систематизация условий экологически безопасного и эффективного способа обработки поверхностно-активными веществами нефтезагрязненных почв в Арктике позволила разработать универсальный алгоритм принятия решения о выборе экологически безопасного, эффективного ПАВ. Алгоритм включает три категории критериев оценки и сравнения реагентов на основе ПАВ: экологическая безопасность, эффективность, экономическая целесообразность, - предполагающие использование набора вариантивных критериев, предложенных для оценки альтернатив (реагентов).
На основе полученных результатов исследования предложены и проведены в рамках экспедиции в августе 2019 г. мероприятия рекультивации и реабилитации исследуемой территории ТРРС «Кама». Достигнутая в течение первой недели проведения полевых испытаний технологии in-situ обработки нефтезагрязненных почвогрунтов эффективность снижения содержания нефтепродуктов составила (33,6±6,0)%.
Проведен экологический мониторинг территорий и инвентаризация объектов техногенного загрязнения нефункционирующей станции радиорелейной связи «Кама» (Ямало-ненецкий автономный округ, западное побережье Обской губы) в рамках программ комплексных научно-исследовательских арктических экспедиций «Ямал-Арктика 2018» и «Ямал-Арктика 2019». Результаты полевых и камеральных исследований показали наличие участков значительного нефтяного загрязнения, в том числе «исторического», что свидетельствует о достаточно высоком уровне антропогенной нагрузки на данной территории.
Выявлена необходимость проведения рекультивации исследуемой территории на основе оценки полученных данных с использованием разработанной расширенной методики определения приоритетности объекта нефтяного загрязнения. Полученные сведения о физико-химических характеристиках почвогрунтов и о состоянии растительного сообщества позволили предложить использование реагентной обработки арктических почвогрунтов в сочетании с биологическими методами реабилитации территории.
Изучены физико-химические процессы обработки нефтезагрязненных почв поверхностно-активными веществами в лабораторных условиях с использованием модельных почв различной структуры, арктических почвогрунтов и нефтешламов. Определен эффективный и наименее токсичный реагент на основе поверхностно-активных веществ - АддиМакс ПВ01, - представляется возможным его применение в процессах очистки нефтезагрязненных природных грунтов. Исследование эффективности отмыва нефтешламов теми же реагентами показало, что выбор химического реагента для обработки загрязненных нефтью почв индивидуален и должен основываться на результатах предварительных испытаний.
Изучено влияние реагентной обработки арктических почвогрунтов и нефтешламов на экосистемы с использованием биоиндикаторов: высших растений (быстрорастущей редьки масличной Brassica rapa CrGC syn. Rbr, овса посевного Avena sativa L.), пресноводных инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg, ферментов (каталазы и дегидрогеназ).
Проведенная систематизация условий экологически безопасного и эффективного способа обработки поверхностно-активными веществами нефтезагрязненных почв в Арктике позволила разработать универсальный алгоритм принятия решения о выборе экологически безопасного, эффективного ПАВ. Алгоритм включает три категории критериев оценки и сравнения реагентов на основе ПАВ: экологическая безопасность, эффективность, экономическая целесообразность, - предполагающие использование набора вариантивных критериев, предложенных для оценки альтернатив (реагентов).
На основе полученных результатов исследования предложены и проведены в рамках экспедиции в августе 2019 г. мероприятия рекультивации и реабилитации исследуемой территории ТРРС «Кама». Достигнутая в течение первой недели проведения полевых испытаний технологии in-situ обработки нефтезагрязненных почвогрунтов эффективность снижения содержания нефтепродуктов составила (33,6±6,0)%.
Подобные работы
- ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПАВ
ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАРУШЕННЫХ АРКТИЧЕСКИХ ЗЕМЕЛЬ
Авторефераты (РГБ), экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 2500 р. Год сдачи: 2019