Компоненты нефти и их действие - Способы рекультивации нефтезагрязненных почв и грунтов с упором на подходы биоремедиации
Нефть (тур. neft, от перс. нефт), горючая маслянистая жидкость, распространенная в осадочной оболочке Земли; важнейшее полезное ископаемое. Сложная смесь алканов, некоторых циклоалканов и аренов, а также кислородных, сернистых и азотистых соединений (Советский ..., 1981).
Химический состав нефти зависит от района добычи и в среднем определяется следующими данными: углерод (83-87%), водород (12-14%), азот, сера, кислород (1-2%, реже 3-6% за счет серы). Десятые и сотые доли процента составляют многочисленные микроэлементы, набор которых в любой нефти примерно одинаков.
К нефтепродуктам обычно относят различные углеводородные фракции, получаемые из нефтей. Основные компоненты нефтепродуктов - углеводороды. Наряду с углеводородами в нефтепродуктах, как и в нефтях, также содержатся соединения серы, азота и кислорода.
При нефтяном загрязнении тесно взаимодействуют три группы экологических факторов: 1) уникальная многокомпонентность состава нефти, находящегося в процессе постоянного изменения; 2) гетерогенность состава и структуры любой экосистемы, находящейся в процессе постоянного развития; 3) многообразие и изменчивость внешних факторов, под воздействием которых находится экосистема: температура, давление, влажность, состояние атмосферы, гидросферы и т. д. (Восстановление..., 1988).
Вполне очевидно, что оценивать последствия загрязнения экосистемы нефтью и намечать пути ликвидации этих последствий необходимо с учетом конкретного сочетания этих трех групп факторов.
В качестве эколого-геохимических характеристик основного состава нефти приняты содержание легкой фракции (начало кипения 200 °С), метановых углеводородов (включая твердые парафины), циклических углеводородов, смол и асфальтенов, сернистых соединений (Восстановление..., 1988).
Легкая фракция нефти, куда входят наиболее простые по строению низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафины) и ароматические углеводороды - наиболее подвижная часть нефти.
Большую часть легкой фракции составляют метановые углеводороды с числом углеводородных атомов от 5 до 11 (пектан, гексан, гептан, октан, нонан, декан, ундекан). Нормальные (неразветвленные) алканы составляют в этой фракции 50-70%.
Метановые углеводороды легкой фракции, находясь в почвах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеводородной цепью, содержащиеся в основном в легких фракциях нефти. Эти углеводороды лучше растворимы в воде, легко проникают в клетки организмов через мембраны, дезорганизуют цитоплазменные мембраны организма. Нормальные алканы, содержащие в цепочке менее 9 атомов углерода, большинством микроорганизмов не ассимилируются, хотя могут быть окислены. Их токсичность ослабляется в присутствии нетоксичного углеводорода, который уменьшает общую растворимость алканов (Гриценко и др., 1997).
Многие исследователи отмечают сильное токсическое действие легкой фракции на микробные сообщества и почвенных животных. Легкая фракция, мигрируя по почвенному профилю и водоносным горизонтам, расширяет, иногда значительно, ореол первоначального загрязнения. На поверхности эта фракция в первую очередь подвергается физико-химическим процессам разложения, входящие в ее состав углеводороды наиболее быстро перерабатываются микроорганизмами (Восстановление..., 1988).
С содержанием легкой фракции коррелируют другие характеристики нефти: углеводородный состав, количество смол и асфальтенов. С уменьшением содержания легкой фракции ее токсичность снижается, но возрастает токсичность ароматических соединений, относительное содержание которых растет.
Значительная часть легкой фракции нефти разлагается и улетучивается еще на поверхности почвы или смывается водными потоками. Путем испарения из почвы удаляется от 20 до 40% легкой фракции (Восстановление..., 1988).
В нефтях, богатых легкой фракцией, существенную роль играют более высокомолекулярные метановые углеводороды (С12 - С27), состоящие из нормальных алканов и изоалканов. Метановые углеводороды во фракции, кипящей выше 200 єС, практически нерастворимы в воде. Их токсичность выражена гораздо слабее, чем у более низкомолекулярных структур.
Содержание твердых метановых углеводородов (парафина) в нефти (от очень малых количеств до 15-20%) - важная характеристика при изучении нефтяных разливов на почвах. Твердый парафин не токсичен для живых организмов, но вследствие высоких температур застывания (+18 єС и выше) и растворимости нефти (+40 єС) в условиях земной поверхности он переходит в твердое состояние, лишая нефть подвижности. Твердые парафины, выделенные из нефти и очищенные, с успехом применяются в медицине (Восстановление..., 1988).
Твердый парафин очень трудно разрушается, с трудом окисляется на воздухе. Он надолго может "запечатать" все поры почвенного покрова, лишив почву свободного влагообмена и "дыхания". Это, в свою очередь, приводит к полной деградации биоценоза.
К циклическим углеводородам в составе нефти относятся нафтеновые (циклоалканы) и ароматические (арены).
Циклоалканы - это кольца из радикалов СН2 , с насыщенными связями. Часто в одном или нескольких радикалах вместо одного атома водорода присоединена цепочка алкана разной длины. Общее содержание нафтеновых углеводородов в нефти изменяется от 35 до 60%, в некоторых случаях составляя меньше или больше приведенных крайних значений (Петров, 1984).
О токсичности нафтеновых углеводородов сведений почти не имеется. Циклические углеводороды с насыщенными связями окисляются очень трудно. Биодеградацию циклоалканов затрудняет их малая растворимость и отсутствие функциональных групп (Восстановление..., 1988).
Ароматические углеводороды - наиболее токсичные компоненты нефти. В концентрации всего 1% в воде они убивают все водные растения; нефть, содержащая 38% ароматических углеводородов, значительно угнетает рост высших растений. С увеличением ароматичности нефти увеличивается ее гербицидная активность. Содержание ароматических углеводородов в нефти изменяется от 5 до 55%, чаще всего от 20 до 40%. Основную массу ароматических структур составляют моноядерные углеводороды - гомологи бензола. Полициклические ароматические углеводороды, т. е. углеводороды, состоящие из двух и более ароматических колец, содержатся в нефти в количестве от 1 до 4% (Восстановление..., 1988).
Бензол и его гомологи оказывают более быстрое токсическое действие на организм, чем полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Последние действуют медленнее, но более длительное время, являясь хроническими токсикантами. Ароматические углеводороды трудно поддаются разрушению. Обычно они окисляются микроорганизмами(Шилина, 1985).
Смолы и асфальтены относятся к высокомолекулярным неуглеводородным компонентам нефти. В составе нефти они играют исключительно важную роль, определяя во многом ее физические свойства и химическую активность. Структурный каркас смол и асфальтенов составляют высококонденсированные полициклические ароматические структуры, состоящие из десятков колец, соединенных между собой гетероатомными структурами, содержащими серу, кислород, азот. Смолы - вязкие мазеподобные вещества, асфальтены - твердые вещества, нерастворимые в низкомолекулярных углеводородах. Относительная молекулярная масса смол - 500-1200, асфальтенов - 1200-3000 (Панов и др., 1986).
По содержанию смол и асфальтенов нефти разделяются на малосмолистые (от 1-2 до 10% смол и асфальтенов), смолистые (10-20%), высокосмолистые (23-40%). Доля асфальтенов в смолисто-асфальтеновых веществах составляет: в малосмолис-той нефти -7-10, в смолистой - 15-26, высокосмолистой - 17-40% (Гриценко и др., 1997).
Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти, в том числе почти все металлы. Общее содержание микроэлементов в нефти - сотые, десятые доли процента.
Смолистые вещества очень чувствительны к элементарному кислороду и активно присоединяют его. На воздухе смолистая нефть быстро густеет, теряет подвижность. Если нефть просачивается сверху, ее смолисто-асфальтеновые компоненты сорбируются в основном в верхнем, гумусовом горизонте, иногда прочно цементируя его. При этом уменьшается поровое пространство почвы. Смолисто-асфальтеновые компоненты гидрофобны. Обволакивая корни растений, они резко ухудшают поступление к ним влаги, в результате чего растения засыхают. Эти вещества малодоступны микроорганизмам, процесс их метаболизма идет медленно, иногда десятки лет. Токсическое же влияние оказывают некоторые тяжелые металлы в составе смол и асфальтенов. Последние малодоступны микроорганизмам и обычно остаются в почвах в виде прочного органно-минерального комплекса (Восстановление..., 1988).
Из различных соединений серы в нефти наиболее часто обнаруживаются сероводород, меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, свободная сера. Сернистые соединения оказывают вредное влияние на живые организмы. Особенно сильным токсическим действием обладают сероводород и меркаптаны.
Похожие статьи
-
Микробиологическое состояние и ферментативная активность нефтезагрязненных почв
Основное содержание исследования Казахстан на длительную перспективу предусматривает увеличение добычи "черного золота", а это, в свою очередь, ведет к...
-
Содержание питательных веществ в почвах - ПОЧВА В БИОСФЕРНОМ ПРОЦЕССЕ
Запасы питательных веществ в почвах во много раз превышают потребность в них растений. Однако большая часть представлена недоступными для растений...
-
Кадмий (Cd), Кадмий и почвы - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Кадмий и почвы В почвы кадмий поступает в составе отходов, образующихся при добыче и переработке цинковых, свинцово-цинковых, медно-цинковых руд; в виде...
-
Нефть и нефтепродукты - Загрязнения почвы химическими веществами
Одной из серьезных экологических проблем России становится загрязнение земель Нефтью и нефтепродуктами В таких нефтедобывающих районах, как Западная...
-
Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами - Загрязнение почвы и акваторий
При ежегодной мировой добыче нефти 2 млрд. 500 млн. т. в год теряется около 50 млн. т., или примерно 2%. Земли и воды загрязняются при добыче нефти,...
-
Характеристика основных загрязняющих веществ - Загрязнения почвы химическими веществами
Ванадий. Ванадий находится преимущественно в рассеянном состоянии и обнаруживается в железных рудах, нефти, асфальтах, битумах, горючих сланцах, углях и...
-
Введение - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Хозяйственная деятельность человека приводит к загрязнению компонентов окружающей среды. Одним из таких компонентов является почва. Почвы - это не только...
-
Нефть и нефтепродукты Загрязнение мировой океан охрана Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую...
-
Почва и человек - ПОЧВА В БИОСФЕРНОМ ПРОЦЕССЕ
Почвенный покров является важнейшим природным образованием. Его значение для жизни общества определяется тем, что почва является основным источником...
-
Незамкнутость техногенного круговорота приводит к загрязнению природной среды, в том числе почвы, различными химическими веществами: тяжелыми металлами,...
-
Свинец (Pb), Свинец и почвы - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Свинец и почвы Из атмосферы в почву свинец попадает чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяется, переходя в гидроксиды, карбонаты или форму...
-
Нефть и нефтепродукты Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть...
-
Загрязнение мирового океана, Нефть и нефтепродукты - Мировой океан и нефтепродукты
Нефть и нефтепродукты Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть...
-
Технологии и способы реабилитации загрязненных территорий - Выброс нефти
После завершения аварийных работ по приказу генерального директора создается комиссия по осмотру земель с участием заинтересованных сторон. При осмотре...
-
АГРОЭКОСИСТЕМА (АГРОЦЕНОЗ) созданный с целью получения сельскохозяйственной продукции и регулярно поддерживаемый человеком биогеоценоз (поле, пастбище,...
-
Типы загрязнений - Анализ экологических проблем
В настоящее время под загрязнением окружающей среды понимают нежелательные изменения физических, физико-химических и биологических характеристик воздуха,...
-
Проблема тяжелых металлов - Основы экологии
К тяжелым металлам (ТМ) относят более 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных...
-
Применение, Биологическая роль, Биогеохимические круговороты - Круговорот серы
Серу применяют для вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная -- лекарственный препарат. Также сера в составе...
-
Введение - Источники поступления таллия в объекты окружающей среды
Элемент III группы периодической системы. Атомный номер 81. Природные изотопы: стабильные -- 203Т 929,50 %), 205Т (70,50 %); радиоактивные -- 206Т (Т1/2...
-
"В связи с широким использованием в народном хозяйстве радиоактивных веществ появилась опасность загрязнения почв радионуклидами. Источники радиации --...
-
Поведение радионуклидов в почвах и закономерности их поступления в растения - Основы экологии
Загрязнение растениеводческой продукции радионуклидами, прежде всего, зависит от свойств почвы, которые обуславливают поглощение и закрепление...
-
Охрана почв от засоления, подкисления и заболачивания - Основы экологии
Указанные процессы способствуют резкому нарушению нормального функционирования системы почва -- растение. Засоление почвы -- накопление растворимых солей...
-
В исследуемом районе работ распространены горно-луговые альпийские почвы, развивающиеся на силикатных почвообразующих породах, главным образом,...
-
ПОЧВА - ВАЖНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ЧАСТЬ БИОСФЕРЫ. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ. - Состояние окружающей среды
Почва - верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он...
-
Словарь терминов - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
ATSDR (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) - Агентство по токсическим веществам и регистрации заболеваний. Основано в Атланте, штат...
-
Микрофлора почвы - Экология микроорганизмов
Почва является основным местом обитания микробов. Состав микрофлоры складывается из многих тысяч видов бактерий, грибов, простейших и вирусов. Количество...
-
Заключение - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Неконтролируемое загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) угрожает здоровью людей. В данной работе были представлены сведения о двух тяжелых...
-
Кадмий и человек - Свинец и кадмий в системе "почва - растения - удобрения
Основным источником отравлений Cd является работа в промышленности. Виды деятельности, при которых повышается риск отравления кадмием, таковы: *...
-
Благодаря вышеперечисленным свойствам, почва обеспечивает живущим в ней организмам водоснабжение и минеральное питание. Недостаток воды в почве угнетает...
-
Почва - это поверхностный слой литосферы, твердой оболочки Земли, контактирующий с воздушной средой. Почва - плотная среда, состоящая из отдельных...
-
Способы защиты от кислотных дождей - Кислотные дожди
Кислотные дожди могут оказывать как прямое, так и косвенное воздействие на живую и неживую природу. Из этого следует, что меры по частичному восполнению...
-
Агроэкологическая характеристика почвенного покрова - Почвы Смоленщины
Для решения проблем наиболее эффективного и рационального использования почв территории данного хозяйства необходимо произвести агропроизводственную...
-
Промышленные и химические загрязнения, Нефть и нефтепродукты - Проблема экологии Мирового океана
Среди загрязнения различных видов окружающей среды, химическое загрязнение природных вод имеет особое значение. Достаточно сказать, что без воды человек...
-
Почвенный покров - Почвы Смоленщины
На территории изучаемого хозяйства с помощью многочисленных разрезов был установлен характер почвенного покрова. Было выяснено, что почвенный покров...
-
Поведение пестицидов в почве - Загрязнение почв пестицидами
Пестициды - тонкодисперсные вещества - в почве подвержены многочисленным воздействиям биотического и небиотического характера, некоторые определяют их...
-
Заключение - Загрязнение почвы и акваторий
На территории Российской Федерации нефтепромыслы занимают значительные плошали в Западной и Восточной Сибири, Поволжье, на Северном Кавказе и в других...
-
Углерод в почве. - Изменение климата
По разным оценкам, суммарное содержание углерода в составляет около г С. Главная неопределенность существующих оценок обусловлена недостаточной полнотой...
-
Методы биопоглощения загрязнителей - Биологические методы очистки грунтов
Эти методы основаны на способности различных организмов, прежде всего растений, поглощать всевозможные токсичные компоненты из почв и грунтов,...
-
Определение содержания хлорид-ионов в почве - Мониторинг окружающей среды
Реактивы и оборудование Конические колбы на 200 мл; пипетки на 10 мл; цилинд-ры мерные на 100 мл; бюретки для титрования; дистиллиро-ванная вода; 0,01 н...
-
Почва - типы и отношение растений - ПОЧВА В БИОСФЕРНОМ ПРОЦЕССЕ
Почва - верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он...
Компоненты нефти и их действие - Способы рекультивации нефтезагрязненных почв и грунтов с упором на подходы биоремедиации