CC BY
104
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ И МОНИТОРИНГ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА ЯКУТИИ И ПРОБЛЕМЫ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
Юлия Станиславовна Глязнецова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа СО РАН, 677980, Россия, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, к.х.н., старший научный сотрудник, тел. (4112) 335833, e-mail: [email protected]
Лариса Анатольевна Ерофеевская
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа СО РАН, 677980, Россия, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, научный сотрудник, тел. (4112)335833, e-mail: lora-07.65@mail. ru
Ираида Николаевна Зуева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа СО РАН, 677980, Россия, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, к.г-м.н., ведущий научный сотрудник, тел. (4112)335833, e-mail: [email protected]
Сара Хаимовна Лифшиц
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа СО РАН, 677980, Россия, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, к.х.н., ведущий научный сотрудник, тел. (4112)335833, e-mail: [email protected]
Ольга Николаевна Чалая
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа СО РАН, 677980, Россия, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, к.г-м.н., ведущий научный сотрудник, зав.лабораторией геохимии каустобиолитов, тел. (4112) 335833, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрены особенности диагностики и идентификации нефтезагрязнения мерзлотных почв, характеристики его состава и границ распространения. Приведены результаты изучения биодеградации нефтезагрязнения в почвах криолитозоны под действием нефтедеструкторов на основе аборигенной углеводородокисляющей микрофлоры.
Ключевые слова: нефтезагрязнение, природный фон, мерзлотная почва, органическое вещество, углеводороды, микрофлора биодеградация.
ENVIRONMENTAL MONITORING OIL AND GAS COMPLEX YAKUTIA AND PROBLEMS RECLAMATION OF DISTURBED LANDS
Yuliya S. Glyaznetsova
Institute of Oil and Gas Problems, Siberian Branch of the RAS, 677980, Russia, Yakutsk, 1 Oktyabrskaya, Ph.D senior scientific researcher, tel. (4112)335833, e-mail: [email protected]
Larisa A. Erofeevskaya
Institute of Oil and Gas Problems, Siberian Branch of the RAS, 677980, Russia, Yakutsk, 1 Oktyabrskaya, scientific researcher, tel. (4112)335833, e-mail: [email protected]
Iraida N. Zueva
Institute of Oil and Gas Problems, Siberian Branch of the RAS, 677980, Russia, Yakutsk, 1 Oktyabrskaya, Ph.D, leader scientific researcher, tel. (4112)335833, e-mail: [email protected]
Sara Kh. Lifshits
Institute of Oil and Gas Problems, Siberian Branch of the RAS, 677980, Russia, Yakutsk, 1 Oktyabrskaya, Ph.D, leader scientific researcher, tel. (4112)335833, e-mail: [email protected]
Olga N. Chalaya
Institute of Oil and Gas Problems, Siberian Branch of the RAS, 677980, Russia, Yakutsk, 1 Oktyabrskaya, Ph.D, leader scientific researcher, chief of the laboratory tel. (4112)335833, e-mail: o.n. [email protected]. ru
The article describes the features of the diagnosis and identification of petroleum pollution permafrost soil the characteristics of its composition and distribution boundaries. The results of the study of biodegradation of petroleum pollution in the soils of permafrost under the oil destructors by aboriginal hydrocarbon microflora.
Key words: petroleum pollution, natural background, permafrost soil, organic matter, hydrocarbons, micro flora. biodegradation.
Освоение углеводородных ресурсов в суровых климатических условиях является трудной технической проблемой, включающей обязательное обеспечение условий рационального природопользования. Ускоренное развитие нефтегазового комплекса Якутии привело к участившимся случаям аварийного разлива нефти и НП на объектах хранения и при транспортировке, что вносят свой вклад в ухудшение экологической обстановки. Вследствие этого возникла необходимость в проведении мониторинга, который должен носить в холодных регионах пролонгированный характер, т.к. процессы деструкции НП здесь протекают медленно, что определяет низкую способность мерзлотных почв к самоочищению и способствует сохранению нефтезагрязнения на долгие годы.
Решение сложной проблемы реабилитации нефтезагрязненных земель предполагает комплексный подход. При этом задачи совершенствования экологического мониторинга нарушенных земель для корректной оценки эффективности очистных работ не менее важны, чем разработка самих способов ликвидации нефтяных разливов. Поставленные задачи приобретают особую актуальность в связи с необходимостью создания новых биопрепаратов - нефтедест-рукторов для климатических условий севера.
В Институте проблем нефти и газа СО РАН проводятся экологические исследования по мониторингу территорий различных объектов нефтегазового комплекса Республики Саха (Якутия). Исследования направлены на изучение характера нефтезагрязнения, границ его распространения и особенностей трансформации в почвах криолитозоны. Для повышения уровня мониторинговых исследований решены следующие задачи:
- создана база данных по региональному геохимическому фону для территории Якутии, включая объекты нефтегазового комплекса с выявлением природных и техногенных аномалий, что является необходимым для разработки нормативов допустимого остаточного содержания нефти в почвах;
- проведены системные исследования трансформации нефтезагрязнения в условиях криолитозоны в процессе самовосстановления почв, с применением микробно-растительных систем и при испытании нефтедеструкторов;
- разработаны критерии для диагностики нефтезагрязнения, оценки эффективности разрабатываемых нефтедеструкторов и контроля качества рекульти-вационных работ.
Для решения этих задач был привлечен комплекс современных аналитических методов анализа: ИК-Фурье спектроскопия, хромато-масс-спектрометрия и геохимический подход при выборе аналитических параметров, который учитывал специфику состава загрязнителей и органического вещества фоновых почв. Предложенные параметры обладают рядом преимуществ, позволяющих: 1) дифференцировать нефтезагрязнение от нативного органического вещества природного фона; 2) определять остаточное содержание нефтяных углеводородов при разливах как легких, так и тяжёлых НП, что особенно важно при многолетнем мониторинге территорий; 3) наряду с определением суммарного содержания НП идентифицировать и количественно определять содержание индивидуальных углеводородов в составе нефтезагрязнения, а также определять тип нефтезагрязнителя.
В природно-климатических условиях Якутии, в том числе и арктических регионах особое значение приобретают исследования по разработке технологий ликвидации нефтезагрязнений. Как показывает практика рекультивационных работ, полное восстановление биоценозов северных экосистем обеспечивают только биологические способы, основанные на стимулировании функциональной активности углеводородокисляющих микроорганизмов.
В Институте разработана технология очистки нефтезагрязненных мерзлотных почв Якутии с использованием биопрепарата на основе аборигенной псих-ротрофной нефтеокисляющей микрофлоры, выделенной из природных экото-пов Якутии и способной развиваться при низких положительных температурах (от +4 0С) в условиях недостаточной аэрации, влажности, наличия органических и минеральных удобрений. Биопрепарат содержит микроорганизмы, культивированные в среде, содержащей именно тот нефтепродукт, который был разлит на конкретных территориях. Тем самым создаются условия обеспечения симбиотического роста выделенных и культивированных, в лабораторных условиях, углеводородокисляющих микроорганизмов и микроорганизмов нефте-загрязнённого участка. Культивирование микроорганизмов в среде, содержащей нефтесубстрат загрязнённого участка, позволяет адаптировать их к его химическому составу и видовому составу природной микрофлоры, что значительно ускоряет деструкцию нефтяного загрязнения.
Технология апробирована на нефтезагрязненных территориях различных объектов нефтегазового комплекса Якутии. В результате биологической обработки загрязнённых участков деградация нефтезагрязнения составила 56 - 90% за 100 дней, тогда как на необработанных нефтезагрязненных участках, за такое же время, степень деструкции составила 7-17% без существенных изменений в химической структуре почвенного экстракта (рис.1, 2).
100 I
LllHj
1 2 3 4 5 6
контрольные участки l до обработки □ после обработки, через 100 дней
Рис. 1. Изменение остаточного Рис. 2. Характеристика деградации
содержания нефти в пробах почв нефтезагрязнения.
до и после обработки биопрепаратом
Наибольшая эффективность биообработки нефтезагрязнённых почв установлена с применением фиторекультивации. Сочетание эффекта использования дернообразующих сортов растений и полезных бактерий, способных разлагать загрязняющие вещества, выделять соединения, ускоряющие рост растения или оберегающие его от воздействия патогенной микрофлоры, особенно актуально для Якутии.
Для оценки качества очистки нефтезагрязненных земель необходимы данные по химическому составу нефтезагрязнения до и после проведения восстановительных работ. Только при выявлении направленных изменений в составе нефтезагрязнения можно оценить степень его биодеградации. Поэтому использование количественных данных только по остаточному содержанию углеводородов без учёта динамики изменения нефтезагрязнения не даёт объективной картины и может привести к ошибочным заключениям об эффективности ре-культивационных работ.
В качестве примера возможного решения оценки качества рекультиваци-онных работ на нефтезагрязненной территории ниже приведены результаты аналитических исследований. На рисунках 3 и 4 даны ИК-спектры экстрактов почвенных проб и хроматограммы углеводородных фракций до и после обработки загрязненных почв биопрепаратами на основе аборигенных углеводоро-докисляющих микроорганизмов.
Остаточное содержание нефти в пробах после проведения рекультивации (в течение 100 дней) уменьшилось с 62930мг/кг - очень высокого уровня загрязнения - до 3363мг/кг. Степень деструкции нефтезагрязнения составила выше 90%. С уменьшением концентрации НП, по данным ИК-спектроскопии в химической структуре почвенных проб после обработки биопрепаратом произошли изменения в направлении уменьшения углеводородных соединений и увеличения количества кислородсодержащих групп и связей (рис. 3). По химической структуре проба после обработки биопрепаратом соответствует экстрактам, присущим природному фону. Это обстоятельство наглядно демонстрирует
возможности ИК-Фурье спектроскопии контролировать степень очистки нефте-загрязненных почв до уровня, свойственного природному фону.
Рис. 3. ИК-спектры хлороформенных Рис. 4. Масс-хроматограммы
экстрактов почвенных проб: углеводородных фракций нефти (а),
1 - до проведения биоремедиационных экстракта нефтезагрязненной почвы работ; 2 - после проведения до обработки биопрепаратом (Ь),
экстракта почвы после обработки (с).
В процессе биодеградации в групповом компонентном составе почвенных экстрактов уменьшается содержание углеводородных компонентов и увеличивается количество асфальто-смолистых соединений.
Картину изменения состава нефтезагрязнения наглядно демонстрируют результаты хромато-масс-спектрометрических исследований насыщенных углеводородов почвенных экстрактов (рис. 4). В процессе деградации загрязнения тип хроматограмм изменяется от типично нефтезагрязненных проб с преобладанием низкомолекулярных насыщенных углеводородов с максимумом распределения н-алканов на н-С15,1б до фоновых проб - с максимум распределения н-алканов в высокомолекулярной области на н-С25-н-С29. Изменения выражаются также в уменьшении содержания алкановых гомологов нормального строения и увеличении изоалкановых углеводородов, а также в повышении величины соотношения нечётных н-алканов к четным.
Таким образом, анализ совокупности полученных данных указывает на значительные изменения в химическом составе нефтезагрязнения в направлении, характерном для деструкции нефтяных углеводородов в процессе химического и биохимического окисления. Всё это указывает на значительную деградацию нефтезагрязнения и свидетельствует о высокой эффективности прово-
димых рекультивационных работ с использованием разработанных биопрепаратов для очистки загрязненных почв. Полученные результаты будут иметь практическое значение для разработки технологий реабилитации нарушенных земель в связи с планируемыми исследованиями по состоянию окружающей среды Арктической зоны Российской Федерации.
© Ю.С. Глязнецова, Л.А. Ерофеевская, И.Н. Зуева, С.Х., Лифшиц, О.Н. Чалая, 2013
