Мониторинг нефтяного загрязнения почвенного покрова на территории города Москвы

В данной курсовой работе произведена оценка результатов мониторинга загрязнения почвенного покрова нефтепродуктами на примере Московского столичного региона.
МГОУ (областной), январь 2014, оценка отл. ...

Введение………………………………………………………………………3
1. Экологическое состояние почвенного покрова города Москвы……….4
2. Загрязнение почв МСР (Московского столичного региона) нефтепродуктами……………………………………………………………...5
2.1. Нефтепродукты - источник загрязнения почв………………………….6
2.2. Содержание нефтепродуктов в почвах МСР…………………………. .11
3. Мониторинг почвенного покрова, содержащего нефтепродукты (или загрязненного нефтепродуктами…………………………………………….13
3.1. Методика проведения мониторинга почв при загрязнении нефтепродуктами……………………………………………………………..14
3.2. Сеть мониторинга нефтяного загрязнения почвенного покрова на территории города Москвы…………………………………………………..17
3.3. Оценка степени загрязнения нефтепродуктами почв в границах МСР………………………………………………………………………….....20
Заключение ……………………………………………………………………22
Списоклитературы……………………………………………………………2

Актуальность темы. В настоящее время нефть является наиболее используемым источником получения энергии в мире. Но, к сожалению, нефть и нефтепродукты являются так же одними из самых распространенных и опасных загрязнителей окружающей среды. Загрязнение происходит при нефтедобыче и ее транспортировке, оно сопровождается сильным негативным воздействием на живые организмы. С хозяйственной точки зрения загрязнение природной среды нефтью приводит к деградации сельскохозяйственных угодий, падению урожайности сельскохозяйственных культур, уменьшению продуктивности лесов и лугов, изыманию из хозяйственного оборота значительных площадей плодородных земель, загрязнению грунтовых и подземных вод.
Особенно актуальной проблема загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами является в промышленно развитых, урбанизированных районах и городах России и мира в целом.
В данной работе рассматривается мониторинг нефтяного загрязнения почвенного покрова на примере территории города Москвы.
Структура работы. Выполненная курсовая работа состоит из 23 страниц и включает: 3 главы, введение, заключение, список литературы (16 источников). Графический материал представлен: 6 рисунками, 2 таблицами.

4,3
4,6
21 см и более
-
0,1
5,2
10,9
Всего
1,7
5,4
14,1
20,6
Сосняк кустарничково-черничный
Лесная подстилка (5 см)
0,5
0,5
0,5
0,5
5 - 15 см
0,8
2,7
3,8
5,1
16 - 25 см
-
2,1
3,4
4,6
26 см и более
-
1,6
6,6
14,9
Всего
1,3
6,9
14,3
25,1
Кедровник кисличио-черничный
Торфянистый (10 см)
1
1
0,9
1,3
10 - 20 см
2,4
5
7,3
5,3
21 - 30 см
0,2
1,3
2,2
2,1
31 и более
0,1
0,6
1,9
3,1
Всего
3,7
7,9
12,3
11,8
Суглинистые почвы менее проницаемы для нефти, поэтому при дозах менее 20 л/м2 сохранность и темпы восстановления живого напочвенного покрова на суглинке выше, чем на песчаной почве сосняка брусничного. При дозах 50-100 л/м2 различия несущественные, поскольку травяно-моховой покров отмирает в обоих случаях более чем на 98 %.
3. Мониторинг почвенного покрова, содержащего нефтепродукты.
Мониторинг земель (почв), подверженных техногенному воздействию представляет собой систему наблюдений за состоянием и изменением почвенного покрова под влиянием химических, механических, биологических и иных загрязнителей, которая обеспечивает сбор и обработку получаемой информации в целях своевременного выявления негативных процессов, прогнозирования их развития, предотвращения вредных последствий и определения степени эффективности мероприятий, направленных на рациональное использование и охрану земель.
В зоне деятельности нефтехимических предприятий в окружающую среду поступают предельные, непредельные и ароматические углеводороды, сернистый ангидрид, угарный газ, окислы азота и др. Наиболее токсичными являются полициклические углеводороды, среди которых особое место занимает канцерогенное вещество бенз(а)пирен (БП).
В целях осуществления наблюдения за воздействием на почвы нефтехимических предприятий отбор почвенных образцов проводят аналогично другим промышленным объектам со слоев 0-5 и 5-20 см, а также по профилю на типичной для данного района почве до глубины не менее 1,5 метра. Разрез закладывают в непосредственной близости от предприятия в направлении господствующих ветров. В почве определяют содержание бенз(а)пирена, серы, тяжелых металлов: Pb, V, Cd, Zn, Cu. В случае обнаружения аномально высокого количества указанных загрязнителей проводят сплошное обследование в этой зоне по типу агрохимического. Периодичность отбора почвенных образцов – один раз в 5-6 лет [11].
3.1. Методика проведения мониторинга почв при загрязнении нефтепродуктами
При контроле загрязнения почв нефтепродуктами решаются обычно три основные задачи:
1)определяются масштабы (площади загрязнения);
2)оценивается степень загрязнения;
3)выявляется наличие токсичных и канцерогенных соединений.
Первые две задачи могут решаться дистанционными методами, к которым относится аэрокосмическое измерение спектральной отражательной способности почв. По измеренным величинам спектральных коэффициентов яркости (СКЯ) удается обнаружить территории, загрязненные нефтью, а по уровням изменения окраски почв – примерно степень загрязнения.
Загрязнением почв нефтью (Н) и нефтепродуктами (НП) считается увеличение концентраций этих веществ до такого уровня, при котором:
нарушается экологическое равновесие в почвенной системе;
происходит изменение морфологических, физико-химических и химических характеристик почвенных горизонтов;
изменяются водно-физические свойства почв;
нарушается соотношение между отдельными фракциями органического вещества почвы, в частности между липидной и гумусовой составляющими;
создается опасность вымывания из почвы Н и НП и вторичного загрязнения грунтовых и поверхностных вод.
Уровень допустимой концентрации Н и НП в почвах, при котором не наблюдается перечисленных выше явлений, не везде одинаков. Он будет различаться в зависимости от:
почвенно-климатической зоны;
типа почвы;
состава Н и НП, попавших в почву.
В среднем нижний предел концентраций Н и НП в загрязненной почве изменяется от 0,1 до 1,0 г/кг. Критерием также может служить концентрация выше 0,05 мг/л Н и НП в воде, профильтрованной через загрязненную почву [8].
Контроль загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами осуществляется вблизи наиболее вероятных мест загрязнения: нефтепромыслов, нефтепроводов, нефтеперерабатывающих заводов, нефтехранилищ.
Основные задачи контроля состоят в следующем:
определение источника и центра разлива Н и НП;
определение потока нефти по площади и по глубине почвенного профиля;
определение направления движения потока и возможного ареала дальнейшего загрязнения;
идентификация продуктов загрязнения;
установление характера сопутствующего загрязнения почв (минеральными солями, токсичными металлами, канцерогенными веществами);
установление степени и характера трансформации почв и растительности, загрязненности вод;
определение возможности самоочищения почв и эффективности мероприятий по ликвидации последствий загрязнения;
оценка ущерба, нанесенного природе и сельскому хозяйству. Основной метод контроля - изучение морфологии почвенного профиля, определение содержания Н и НП в образцах почв и грунтовых вод.
Наиболее распространёнными методами контроля нефтепродуктов в почве являются:
Приемы предварительной диагностики
Диагностика нефтяных загрязнений в почвах проводится непосредственно в поле или в полевой лаборатории. Характер загрязнения разреза нефтью и нефтепродуктами можно предварительно определить непосредственно в разрезе. Для этого к ровной лицевой стопке разреза плотно прикладывают лист фильтровальной бумаги. В местах, где почва загрязнена нефтью и нефтепродуктами, на листе бумаги проступят масляные пятна [10].
Для диагностики загрязнений можно использовать метод капельного анализа по В.Н. Флоровской: комочки почвы просматривают в ультрафиолетовых лучах осветителя (в затемненном помещении), осторожно нанося на их поверхности капли растворителя. Наличие битуминозных компонентов дает о себе знать голубовато-белым свечением участка в месте нанесения капли. По характеру свечения можно приблизительно определить степень загрязнения.
Люминесцентно-капиллярный безэталонный полуколичественный анализ нефтепродуктов
Полуколичественный анализ содержания нефтепродуктов в почве проводят, если отсутствуют специальное оборудование и стандартные растворы и графики, характеризующие данный тип загрязнения. Методика применяется также для выбора навески почвы при более точных количественных определениях. Метод пригоден для определения следующих типов веществ: нефти, мазутов, смазочных масел, дизельных топлив.
Чувствительность метода 0,01 г/кг. Относительная ошибка до ± 100 % [10].
Методика ИК спектрометрического определения нефтепродуктов в почве.
Предлагаемая методика определения нефтепродуктов в почве основана на экстракции нефтепродуктов из почвы четыреххлористым углеродом с одновременной очисткой элюатов на окиси алюминия в колонке. Концентрации углеводородов в пробе определяются ИК спектрометрическим методом (ИКС) в основу которого положена регистрация спектров поглощения веществом электромагнитных излучений в инфракрасной области спектра [10].
Люминесцентный метод определения нефтепродуктов в почве
Этот метод основан на том, что многие органические и неорганические вещества характеризуются собственной люминесценцией. Люминесценцией называют свечение атомов, молекул, ионов и других более сложных частиц, возникающее в результате электронного перехода в этих частицах при их возвращении из возбужденного состояния в основное. И заключается в пропорциональной зависимости между концентрацией люминесцирующего вещества и интенсивностью люминесценции в области малых концентраций. При этом репрезентативность метода целиком зависит от правильности подбора эталонов. В количественном анализе используют также метод градуировочного графика.
Пределы обнаружения не превышают 10-3 мг/л, а в отдельных случаях достигают 10-6 мг/л, при этом диапазон определяемых содержаний – 3-4 порядка величин концентраций [10].
Хроматографический метод определения нефтепродуктов в почве
Это физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении их между подвижной и неподвижной фазами [10].
Хромато-масс-спектрометрический метод определения нефтепродуктов в почве
Метод анализа смесей главным образом органических веществ и определения следовых количеств веществ в объеме жидкости. Метод основан на комбинации двух самостоятельных методов – хроматографии и масс-спектрометрии. С помощью первого осуществляют разделение смеси на компоненты, с помощью второго - идентификацию и определение строения вещества, количественный анализ.
Общими принципами всех методов являются извлечение суммы неполярных и малополярных углеводородов из почвенного образца органическим растворителем и определение их концентрации в растворе с предварительной очисткой элюатов или без нее [10].
Гравиметрический метод определения нефтепродуктов в почве
Основан на экстракции нефтепродуктов из пробы, очистке экстракта от полярных веществ, удалении экстрагента путем выпаривания и взвешивании остатка. Он используется, как правило, при анализе сильно загрязненных проб и не может использоваться при анализе проб, содержащих нефтепродукты на уровне ПДК, поскольку нижняя граница диапазона измерений составляет 0,3 мг/дм3 при объеме анализируемой пробы 3-5 дм3. Несомненным достоинством метода является то, что не требуется предварительная градуировка средства измерений. В силу этого метод принят в качестве арбитражного [10].
3.2. Сеть мониторинга нефтяного загрязнения почвенного покрова на территории города Москвы
Содержание нефтепродуктов в исследуемых почвах МСР варьирует в широких пределах – от 5 до 5100 мг/кг. В 53% проб, отобранных в 2008 г., концентрации превышают норматив (300 мг/кг).
Рис. 3. Распределение нефтепродуктов в почвах города Москвы [11].
На площади города наблюдается чередование участков с загрязненными и незагрязненными почвами (рис. 3). Участки с повышенными концентрациями загрязнителя располагаются в основном вблизи границ Центрального административного округа, а также к северо-западу, востоку и юго-востоку от него, это связанно с наличием множества источников поступления в окружающую среду (автотранспорт, промышленные предприятия).
Незагрязненные почвы распространены преимущественно на периферии города, особенно в пределах южного и западного секторов и Лосиного острова, а также в виде более мелких участков по всей его территории [9].
Содержание нефтепродуктов в городе в среднем превышает установленные нормативы. Лидерами по содержанию нефтепродуктов являются СЗАО и ЮВАО, в почвах Зеленоградского АО уровень нефтепродуктов в почве не превышает предельно допустимую концентрацию (рис. 4).
Рис.4. Распределение загрязнений нефтепродуктами по административным округам города Москвы [11].
Из функциональных зон наиболее высокие содержания нефтепродуктов зафиксированы в промзонах, несколько меньше на селитебных территориях и территориях, не вовлеченных в хозяйственную деятельность (пустыри) - рис. 5.
Не загрязнены почвы природных, национальных, дендрологических парков и ботанических садов – среднее содержание ниже ПДК.
Рис. 5. Средние значения нефтепродуктов по типам функционального зонирования [11].
Существует превышения ПДК (табл. 2) в исследуемых почвах нефтепродуктов (21% проб), но стоит отметить, что наблюдается снижение количества превышений ПДК от общего числа точек отбора на 5,4 % за период с 2009 по 2010 год. Среднее содержание нефтепродуктов в мг/кг также снизилось с 268 до 234 мг/кг.
Таблица 2.