CC BY
36
УДК 502.55:665.6(571.56)
DOI: 10.24412/1728-323X-2021-5-109-112
ПРОБЛЕМЫ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Ю. С. Глязнецова, ведущий научный сотрудник, кандидат химических наук, [email protected],
С. Х. Лифшиц, ведущий научный сотрудник, кандидат химических наук, [email protected], И. Н. Зуева, ведущий научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук, [email protected],
О. Н. Чалая, ведущий научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией, [email protected], Институт проблем нефти и газа СО РАН, Якутск, Россия
В работе представлены данные 8-летнего мониторинга за восстановлением нарушенных земель и оценки эффективности биологической очистки неф-тезагрязненных почв. Эффект от очистных работ четко прослеживался ежегодно только в течение одного летнего сезона. Увеличение уровня загрязнения к началу каждого следующего сезона, вероятнее всего, связано с миграцией нефти из нижележащих почвенных горизонтов в приповерхностные, что подтверждают данные химического состава проб почв, отобранных с глубины до 100 см. Это могло снивелировать положительный эффект рекультивацион-ных работ.
The paper presents the data from 8-year monitoring of disturbed lands and estimation of the effectiveness of measures for biological treatment of oil-contaminated soils. The effect of the waste treatment work was clearly observed annually only during the summer season. The increase in the level of pollution by the beginning of each next season is most likely due to the migration ofoil from the underlying soil horizons to the near-surface ones, which is confirmed by the data of the chemical composition of the samples. This could shade the positive effect of remediation work.
Ключевые слова: нефтезагрязнение, углеводороды, почва, криолитозона, биологическая очистка.
Keywords: oil pollution, hydrocarbons, soil, cry-olithozone, bioremediation.
По данным Министерства экологии, природопользования и лесного хозяйства Республики Саха (Якутия), за последние 12 лет количество разливов нефти и нефтепродуктов составило более 316 случаев [1]. В большинстве случаев разливы случаются при транспортировке нефтепродуктов в результате дорожно-транспортных происшествий. Разливы также происходят из-за технического состояния резервуаров для хранения нефтепродуктов, несоблюдения требований промышленной безопасности при сливе, перекачке, а также вследствие погодных и техногенных катаклизмов (наводнения, пожары). На территории Якутии сосредоточены значительные природные ресурсы углеводородного сырья. Объемы добычи сырой нефти в 2019 году составили 14,1 млн т [1]. Планируется разведка и включение в разработку новых месторождений, в перспективе включая и шельф Арктической зоны. В рамках энергетической стратегии республики на период до 2030 года планируется создание нефтеперерабатывающей промышленности [2]. Эксплуатация объектов нефтегазового комплекса в условиях криолитозоны может сопровождаться риском возникновения аварийных ситуаций, иногда достигающих масштаба экологических катастроф, таких как одна из крупнейших аварий в 2020 г. в г. Норильск, где произошла утечка более 20 тыс. т дизельного топлива [3].
Обеспечение устойчивого функционирования и эффективного восстановления экосистем, нарушенных в результате деятельности предприятий нефтегазового комплекса, является приоритетной задачей охраны окружающей среды. Несмотря на высокие требования к минимизации загрязнений и переходу к наиболее экологически безопасным техно -логиям очистки нефтезагрязненных почв и грунтов, существует риск нарушения и загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами, что влечет за собой негативные последствия для природной среды.
При восстановлении почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, используют физические, химические и биологические методы, а также их сочетания [4—6]. По принципу действия все методы подразделяют на искусственные и интенсифицирующие естественные процессы самоочищения. К сожалению, все еще применяются такие методы ликвида-
№5, 2021
109
50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 1000 0
т а\ о о 5 .0 а\ .0 5 .0 а\ .0 5 .0 а\ .0 5 .0 а\ .0 5 .0 а\ .0 5 .0 а\ .0 .0 .0
сК i/i сК 2. 1. 4¿ .0 0. 4. 0. 5. 5. оо ро оо
10 0 (s 1 <n 1 <n 0 <n 1 <n 0 (s о
2010 г. 2011 г. 2012 г. 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г.
Дата отбора
Рис. 1. Динамика изменения содержания нефти в почве
ции разливов нефти, как сжигание, засыпка загрязненных территорий грунтом или песком, что является недопустимым [5].
В связи с этим актуальными являются вопросы, связанные с ликвидацией нефтяных разливов и разработкой экологически эффективного способа рекультивации нарушенных земель в условиях криолитозоны и показателей-индикаторов для оценки качества проводимых работ.
Целью данной работы была оценка качества очистки нефтезагрязненных почв биологическим способом in situ непосредственно на месте разлива без перемещения грунта. Для этого применялся комплекс физико-химических методов анализа: жидкостная экстракция, ИК-Фурье-спект-роскопия, жидкостно-адсорбционная колоночная хроматография [7].
Объектом исследований являлся участок территории с нефтезагрязненной почвой, где в 2010—2012 гг. проводились экспериментальные работы по биологической рекультивации. Для этого применялся биопрепарат для очистки неф-тезагрязненных почв на основе аборигенных уг-леводородокисляющих микроорганизмов, выделенных из почв Якутии [8]. Мониторинг данного участка проводился на протяжении 8 лет, для этого пробы почв отбирались в конце мая и в начале сентября каждого года.
В первый год (2010 г.) проведения биологической рекультивации через 3,5 месяца после обработки почв биопрепаратом было установлено снижение концентрации нефти в почве, степень деструкции составила 59 %. В последующие годы: 49 % в 2011 г. и 54 % в 2012 г. снижение концентрации нефти сопровождалось изменениями в химическом составе нефтезагрязнения. Это выражалось в уменьшении количества нефтяных уг-
леводородов и увеличении доли кислородсодержащих соединений, что свидетельствовало о биохимическом окислении нефтяных углеводородов.
За 8 лет мониторинга данного участка было установлено, что практически ежегодно к началу нового сезона (к маю последующего года) концентрация нефти в почве снова возрастала (рис. 1). Так, к маю 2013 г. при отсутствии новых разливов содержание нефти увеличилось в 2,5 раза по сравнению с исходным в 2010 г.
Для установления причины ежегодных колебаний уровня загрязнения в 2016 г. на данном участке были отобраны пробы почв с различной глубины: от поверхности до 100 см. Из таблицы 1 видно, что с глубиной содержание нефти увеличивается, а в составе почвенных экстрактов возрастает количество углеводородных компонентов, а среди них метаново-нафтеновых (Me—Na) углеводородов и уменьшается содержание смол и асфальтенов. Относительные коэффициенты поглощения структурных групп, рассчитанных по результатам ИК-Фурье спектрометрии (D^ длинные метиленовые группы, D17W карбонильные группы), указывают на более нефтяной характер проб с глубины 50—100 см (таблица 1).
При погребении нефти под слоем грунта практически полностью останавливаются процессы трансформации нефтезагрязнения, поскольку нарушаются необходимые условия для его деструкции: ограничивается доступ кислорода, ультрафиолета, нарушается водно-воздушный режим почвы. Это может привести к расширению площади загрязнения за счет внутрипочвенной миграции нефтяных углеводородов. Как известно, наибольшую активность углеводородокисляющие микроорганизмы проявляют в верхнем почвенном слое (0—20 см) [9—11]. На процессы биохи-
110
№ 5, 2021
Таблица 1
Геохимический состав проб почв
Глубина, см Снп,* мг/кг Групповой состав УВ состав Спектральные коэффициенты
Углеводороды Смолы + Ас-фальтены Me—Na d720 D 1710
10 20 990 67,7 32,3 50,4 0,108 0,084
30 38 810 67,6 32,3 — — —
50 33 678 76,0 21,0 54,6 0,123 0,047
80 43 477 75,7 24,3 — 0,124 0,050
100 42 917 75,2 24,8 58,5 0,130 0,043
* Снп — концентрация нефтепродуктов.
мического окисления нефтяных углеводородов в верхнем почвенном горизонте указывает коэффициент поглощения карбонильных групп, который в два раза выше, чем в более глубоких почвенных горизонтах (табл. 1). На глубине нефтяные углеводороды не доступны для действия биопрепарата, поскольку входящие в его состав микроорганизмы способны утилизировать нефть только в аэрируемом почвенном слое. Из-за недостатка кислорода воздуха и ультрафиолета их активность резко падает, и процессы биодеградации практически не протекают, что подтверждается результатами анализа проб почв (табл. 1). Наличие вечной мерзлоты также осложняет процессы трансформации нефтяных углеводородов. Мерзлотный слой служит физико-геохимическим барьером. Экспериментальными исследованиями в лабораторных и полевых опытах было установлено, что нефтезагрязнение распространяется до глубины залегания сезонно-талого слоя и практически не проникает в мерзлотный слой [12].
Таким образом, можно предположить, что загрязнение исследуемого участка могло быть результатом вертикального распространения разли-
той нефти по глубине почвенного профиля или засыпки поверхности загрязненного участка чистым грунтом. Анализ результатов восьмилетних наблюдений показал, что ежегодное увеличение концентрации нефти связано с тем, что нефть при сезонном оттаивании грунта начинает мигрировать из более глубоких горизонтов к поверхности, являясь при этом вторичным источником загрязнения, снижая эффект очистных мероприятий.
Как показала оценка результатов, положительный эффект применения биологического способа очистки почв не всегда очевиден. В данном случае эффект от биологической очистки отчетливо прослеживался только в течение одного сезона. В последующие годы миграция нефти из нижел ежащих слоев почвы, где ее содержание было в два раза больше, чем на поверхности, снивелировала эффект результата выполненных работ.
Работа выполнена в рамках проекта Фундаментальных научных исследований № AAAA-A21-121011490054-0 «Биогеохимия процессов формирования и разрушения углеводородных флюидов».
Библиографический список
1. Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Республики Саха (Якутия) в 2019 году / Правительство Респ. Саха (Якутия), Минэкологии Респ. Саха (Якутия). Якутск. 2020. [Электронный ресурс]. — URL: https://minpriroda.sakha.gov.ru/uploads/ckfinder/userfiIes/2021/04/13/fiIes/%D0 %93 %D0 %94 %20-2019.pdf.
2. Петров Н. А., Ефимов В. М., Алексеев Н. Н., Ситников В. С. Состояние и основные задачи иннвационного развития нефтегазового комплекса Республики Саха (Якутия) // Наука и образование. — 2012. — № 1. — С. 35—39.
3. Трошко К. А., Денисов П. В., Лаврова О. Ю. и др. Наблюдение загрязнений реки Амбарной, возникших в результате аварии на ТЭЦ-3 города Норильска, 29 мая 2020 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. — 2020. — Т. 17. — № 3. — С. 267—274.
4. Fingas, М. Oil spill science and technology: prevention, response, and clean up. USA. Gulf Professional Publishing. 2010.
5. Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами: Справочник. — М.: РЭФИА, НИА-Природа, 2003. — 258 с.
6. Рогозина Е. А., Андреева О. А., Жаркова С. И., Мартынова Д. А. Сравнительная характеристика отечественных биопрепаратов, предлагаемых для очистки почв и грунтов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами // Нефтегазовая геология. Теория и практика. — 2010. — Т. 5. — № 3. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.ngtp.ru/rub/7/ 37_2010.pdf
7. Glyaznetsova Yu. S., Zueva I. N. & Chalaya O. N. Experience in the remediation of oil polluted soils of the Arctic zone of Yakutia. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020. 459. https://doi.org/10.1088/1755-1315/459/5/052010
№5, 2021
111
8. Шихранов О. Г., Глязнецова Ю. С., Ерофеевская Л. А., Николаева А. В. Способы биоремедиации нефтезагрязнен-ных почв для климатических условий Крайнего Севера и оценка их эффективности // Наука и технологии транспорта нефти и нефтепродуктов. — 2015. — № 1 [17]. — С. 90—97.
9. Качинский В. Л., Завгородняя Ю. А., Геннадиев А. Н. Углеводородное загрязнение аркотундровых почв острова Большой Ляховский (Новосибирские острова) // Почвоведение. — 2014. — № 2. — С. 155—168.
10. Солнцева Н. П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. — М.: Изд-во МГУ, 1998. — 376 с.
11. Aislabie J., McLeod M., Fraser R. Potential for biodégradation of hydrocarbons in soil from the Ross Dependency, Antarctica // Applied Microbiology and Biotechnology. — 1998. — Vol. 49. — No. 2. — P. 210—214.
12. Гильдеева И. М. Влияние сезонных процессов промерзания-оттаивания грунта на эволюцию нефтяных загрязнений в Арктических районах / Под ред. Шиманского В. К. — СПб.: Недра, 2003. 122 с.
ISSUES OF RECULTIVATION OF OIL-CONTAMINATED AREAS
Yu. S. Glyaznetsova, S. Kh. Lifshits, I. N. Zueva, O. N. Chalaya,
[email protected], Institute of Oil and Gas Problems SB RAS, Yakutsk, Russia References
1. Gosudarstvennyj doklad o sostojanii i ohrane okruzhajushhej sredy Respubliki Saha (Jakutija) v 2019 godu. Pravitel'stvo Resp. Saha (Jakutija), Minjekologii Resp. Saha (Jakutija). Jakutsk. [State Report on the State and Environmental Protection of the Republic of Sakha (Yakutia) in 2019]. Government of the Republic of Sakha (Yakutia). Ministry of Ecology, Nature Management and Forestry of the Republic of Sakha (Yakutia). Yakutsk. 2020. available at: https://minpriroda.sakha.gov.ru/up-loads/ckfinder/userfiles/2021/04/13/files/%D0 %93 %D0 %94 %20-2019.pdf, date of access 12.04.2021 [in Russian].
2. Petrov N. A., Efimov V. M., Alekseev N. N., Sitnikov V. S. Sostojanie i osnovnye zadachi innvacionnogo razvitija neftega-zovogo kompleksa Respubliki Saha (Jakutija) [The state and main tasks of the innovative development of the oil and gas complex of the Republic of Sakha (Yakutia)]. Nauka i obrazovanie. 2012. No. 1. P. 35—39 [in Russian].
3. Troshko K. A., Denisov P. V., Lavrova O. Ju. et al. Nabljudenie zagrjaznenij reki Ambarnoj, voznikshih v rezul'tate avarii na TJeC-3 goroda Noril'ska 29 maja 2020 g [Observation of pollution of the Ambarnaya River caused by the accident at the TPP-3 in the city of Noriltsk on May 29, 2020]. Sovremennyeproblemy distancionnogo zondirovanija Zemli iz kosmosa. 2020. Vol. 17. No. 3. P. 267—274 [in Russian].
4. Fingas М. Oil spill science and technology: prevention, response, and clean up. USA. Gulf Professional Publishing. 2010.
5. Tehnologii vosstanovlenija pochv, zagrjaznennyh neft'ju i nefteproduktami [Technology remediation of soils contaminated with oil and oil products]. Moscow, REFNA, NNA Natural Resources, 2003. 185 p. [in Russian].
6. Rogozina E. A., Andreeva O. A., Zharkova S. I., Martynova D. A. Sravnitel'naja harakteristika otechestvennyh biopreparatov, predlagaemyh dlja ochistki pochv i gruntov ot zagrjaznenija neft'ju i nefteproduktami [Comparative characteristics of native biopreparations proposed for clean-up of soils and grounds from pollution]. Neftegazovaja geologija. Teorija ipraktika. 2010. Vol. 5. No. 3. available at: http://www.ngtp.ru/rub/7/37_2010.pdf date of access 10.05.2021 [in Russian].
7. Glyaznetsova Yu. S., Zueva, I. N., Chalaya, O. N. Experience in the remediation of oil polluted soils of the Arctic zone of Yakutia. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020. 459. available at: https://doi.org/10.1088/1755-1315/459/ 5/052010 date of access 12.05.2021.
8. Shikhranov O. G., Gljaznetsova Yu. S., Erofeevskaya L. A., Nikolaeva A. V. Sposoby bioremediacii neftezagrjaznennyh pochv dlja klimaticheskih uslovij Krajnego Severa i ocenka ih jeffektivnosti [Bioremediation methods of oil-contaminated soil for the climatic conditions of the far north and the assessment of their effectiveness]. Nauka i tehnologii transporta nefti i nefte-produktov. 2015. No. 1 (17). P. 90—97 [in Russian].
9. Kachinskii V. L. Hydrocarbon Contamination of the Arctic tundra soils of the Bol'shoi Lyakhovskii island (the Novosibirskie Islands) / V. L. Kachinskii, A. N. Gennadiev, Y. A. Zavgorodnyaya. Eurasian Soil Science, 2014, Vol. 47, No. 2, P. 57—69.
10. Solntseva N. P. Dobycha nefti i geohimija prirodnyh landshaftov [Oil production and geochemistry of natural landscapes]. Moscow, MGU. 1998. 376 p. [in Russian].
11. Aislabie J. Potential for biodegradation of hydrocarbons in soil from the Ross Dependency, Antarctica / Aislabie J., McLeod M., Fraser R. Applied Microbiology and Biotechnology. 1998. Vol. 49. No. 2. P. 210—214.
12. Gil'deeva I. M. Vlijanie sezonnyh processov promerzanija-ottaivanija grunta na jevoljuciju neftjanyh zagrjaznenij v Ark-ticheskih rajonah [Influence of seasonal processes of freezing-thawing of soil on the evolution of oil pollution in the Arctic regions]. St. Petersburg, Nedra. 2003. 122 p. [in Russian].
112
№ 5, 2021
