CC BY
1Заключение. Криоэнергетические ресурсы в криолитозоне могут найти широкое использование в различных целях. Установлена возможность разнообразного и эффективного использования теплоты кристаллизации воды с помощью простейших и надежных технологий, наносящих минимальные нарушения окружающей среды.
Литература
1. Кузьмин Г.П. Подземные сооружения в криолитозоне. - Новосибирск. Наука, 2002. -
176 с.
2. Патент на полезную модель. № 120111. Устройство для охлаждения вечномерзлых грунтов. Бюл. № 25, опубликовано 10.09.2012 г. Соавторы Чжан Р.В., Яковлев А.В.
3. Патент 2517844 Российская Федерация, МПК F 25D A01J Устройство теплообмена жидкостей и газов. Кузьмин Г.П., Чжан Р.В., Яковлев А.В.; заявитель и патентообладатель Учреждение РАН - Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (RU). -№ 2012129380, 11.07.2012; опубл. 10.06.2014; бюл. № 16
4. Патент № 2621912 Российская Федерация, МПК «Способ охлаждения подземных сооружений в массиве многолетнемерзлых горных пород и устройство для его осуществления». Кузьмин Г.П., Панин В.Н., заявитель и патентообладатель Учреждение РАН - Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (RU). 0публ.08.06.2017 г.
5. Патент № 2617579 Российская Федерация, МПК «Устройство для поддержания околонулевой температуры в закрытых помещениях» Кузьмин Г.П., заявитель и патентообладатель Учреждение РАН - Институт мерзлотоведения им. П.И.Мельникова СО РАН (RU). Опубл. 25.04.2017.
6. Патент 2785027 Российская Федерация, МПК «Круглогодичное охлаждающее устройство на основе использования холодного наружного воздуха». Кузьмин Г.П., Ку-ваев В.А., заявитель и патентообладатель ФГБУ Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (RU). Опубл. 02 .12.2022.
7. Патент 2817932 Российская Федерация, МПК «Способ снижения воздействия касательных сил морозного пучения на свайные фундаменты». Кузьмин Г.П., Набережный А.Д., заявитель и патентообладатель Учреждение РАН - Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (RU). Опубл.23.04.24.
8. Патент 2320821Российская федерация, МПК. «Способ замедления процесса сезонного промерзания». Остробородов С.В., Пустовойт Г.П., Хариевский О.Л. и др. Опубл. 24.03.2008.
DOI: 10.24412^-37269-2024-1-158-161
ПРОБЛЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ АРКТИЧЕСКИХ ПОЧВ ОТ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЙ НА ДЕЙСТВУЮЩИХ ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТАХ НА ПРИМЕРЕ НИЖНЕКОЛЫМСКОЙ НЕФТЕБАЗЫ
Лифшиц С.Х., Глязнецова Ю.С., Чалая О.Н., Зуева И.Н.
Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск [email protected]
Проведены натурные эксперименты по биоремедиации нефтезагрязненных почв на Нижнеколымской нефтебазе. Показано, что в условиях действующего техногенного объекта эффект от очистки может быть нивелирован вторичными загрязнениями. Согласно коэффициенту биодеградации большую эффективность проявил сухой биопрепарат, иммобилизованный на цеолит, в сравнении с жидкой фазой. Отмечена низкая активность биологических методов очистки в арктической зоне и необходимость разработки эффективных способов очистки.
Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами (НП) стало в настоящее время одним из наиболее распространенных. Это касается и почв Арктического региона. Здесь нефтезагрязне-ние пока в основном сосредоточено на объектах нефтегазового комплекса (нефтебазы, автозаправки) и на причалах (берег, донные отложения), где ведется разгрузка НП. Однако высокая способность углеводородных поллютантов к миграции и очень низкие скорости их трансформации в арктических почвах ведут к вторичным загрязнениям окружающей среды, включая природные объекты [1]. Вследствие этого необходимо своевременное восстановление нефтезагряз-ненных почв. Для северных регионов после механического сбора, разлитых нефти или НП рекомендована биологическая очистка, как наиболее эффективная и экологичная.
Для изучения динамики процессов биоремедиации нефтезагрязненных почв в Арктической зоне были поставлены натурные эксперименты на территории Нижнеколымской нефтебазы. Были выделены четыре экспериментальных участка, которые были обработаны по следующей схеме: первый участок - жидким биопреператом [2]; второй - сухим (жидкий биопрепарат иммобилизован на сорбент-носитель, в данном случае природный цеолит) [2]; третий участок был засеян травосмесью толерантных к нефтезагрязнению растений; четвертый участок ничем не обрабатывался и служил контролем. Пробы почв отбирались в начале эксперимента, через 3, 7 и 16 дней после обработки. Затем обработка участков № 1 и № 2 биопрепаратами была провторена. И через два месяца (60 дней) - конец эксперимента, пробы почв вновь были отобраны на анализ. Уровень нефтезагрязнения определяли методом холодной хлоро-форменной экстракции по выходу хлороформенных экстрактов (ХЭ). Далее ХЭ уизучали методами жидкостно-адсорбционной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии.
Динамика изменения уровня загрязнения участков в ходе эксперимента представлена на рисунке 1. Видно, что уровень нефтезагрязнения в начале эксперимета очень сильно менялся. На участках № 3 и № 4 резко падал в первые три дня, а на участках № 1 и № 2 возрастал в первые 3 7 суток. Такие резкие скачки повышения уровня нефтезагрязнения в столь короткое время могут быть вызваны повторным загрязнением участков. Работы проводились на действующей нефтебазе. По-видимому, где-то произошла утечка нефтепродуктов, которые вследствие рельефа местности достигли экспериментальных участков. Первыми получили повторное загрязнение участки № 3 и № 4, затем № 1 и, наконец, № 2. Уровень нефтезагрязнения на участках № 3 и № 4 за три дня уменьшился практически вдвое. Это может быть связано с испарением легких фракций углеводородов, а также с их дальнейшей миграцией. ^20,00 ¡тГ * 15'00
310,00
5,00
0,00
0 10 20 30 40 50 60 70
Участки 1^-2^-3—♦—4 Сутки
Рис. 1. Динамика изменения уровня нефтезагрязнения участков в ходе эксперимента
10 00 20 00 ЭООО <0 00 10 00 20 00 30» 4000
Время, мин. Время, мин.
Рис. 2. Масс-хроматограммы углеводородных фракций ХЭ. 1 ^ 4, номера участков; а - до обработки,
Ь - после обработки
Результаты хроматомасс-спектрометрии показали (рис. 2, с и d), что эти участки вероятно были загрязнены дизельным топливом, легкие фракции которого достаточно быстро испарились.
Совершенно другую картину загрязнения мы видим на учасках № 1 и № 2 (рис. 2, а и Ь). Здесь загрязнение более легкими нефтепродуктами (дизельное топливо) наложилось на загрязнение тяжелыми фракциями нефти, то есть имеет место быть смешанное загрязнение.
В таблице представлен групповой состав ХЭ, согласно которому на протяжении всего эксперимента загрязнение носило четко выраженный углеводородный характер (высокая доля углеводородов: 73,1 ^ 82,7%). При этом состав ХЭ был практически одинаковый для каждого участка до и после эксперимента. Так как в процессах биодеградации содержание углеводородов всегда уменьшается, то, можно предположить, что либо процессы биодеградации вообще не протекали, либо их результат был нивелирован поступлением новых порций углеводородных поллютантов на экспериментальные участки.
Таблица 1. Результаты экспериментов по очистке почв от нефтезагрязнений (р<0,05))
Состав ХЭ,% Кбиод
Уч. Обработка Экспоз. месяц Выход ХЭ,% УВ бенз.см сп.бенз. см X смол асф-ны %
1 ж. б/пр. 0 7,20 74,4 6,5 17,2 23,7 1,9 1,7
2 8,36 73,2 8,2 16,1 24,3 2,5 2,6
2 сух. б/пр. 0 4,69 74,4 5,1 14,8 19,9 3,0 2,1
2 6,09 73,1 5,1 17,7 22,8 4,1 5,9
3 фиторем 0 15,61 80,5 3,4 11,2 14,6 4,9 8,4
2 6,93 80,6 3,3 11,2 14,5 4,9 14,8
4 без обр. 0 11,82 82,1 1,4 11,5 12,9 5,0 1,2
2 7,44 82,7 4,4 10,2 14,6 2,7 16,9
Условные обозначения: ж. б/пр. - жидкий биопрепарат; сух. б/пр. - сухой биопрепарат; фиторем. -фиторемедиация; без обр. - без обработки; УВ - углеводороды, бенз.см. - бензольные смолы; сп.бенз.см. - спир-тобензольные смолы; асф-ны - асфальтены; Кбиод. - коэффициент биодеградации
О протекании процессов биодеградации можно судить по изменению индивидуального состава углеводородных фракций ХЭ. В конце эксперимента на участках № 1 и 2 в индивидуальном составе углеводородов почти в два раза уменьшилось содержание относительно низкомолекулярных н-алканов (с 0,23 до 0,12 на первом участке и с 0,19 до 0,09 на втором). Эти углеводороды в первую очередь подвергаются процессам окислительной биодеградации под влиянием углеводородокисляющих микроорганизмамов. Особенно это касается нСп и нС18. Вследствие этого процессы биодеградации нефтезагрязнения часто оценивают по коэффициенту биодеградации, равному отношению суммы изопреноидов пристана и фитана к сумме нормальных н-алканов нСп и нС18 [3]. Из данных, приведенных в таблице, видно, что коэффициент биодеградации при смешанном типе загрязнения больше вырос на участке № 2, который был обработан сухим биопрепаратом. То есть процессы биодеградации протекали на обоих участках, но активность биопрепарата, иммобилизованного на цеолит, оказалась выше, чем у жидкого. Это может быть связано с тем, что цеолит разрыхляет почву, улучшает ее водно-воздушный режим. Однако уровень нефтезагрязнения на этих участках к концу эксперимента не только не уменьшился, но еще и вырос. То есть во время эксперимента экспериментальные участки подвергались вторичному загрязнению поллютантами с других территорий.
На участках № 3 и № 4 процессы биодеградации, по-видимому, протекали близким образом. На обоих учасках высокие коэффициенты биодеградации. Однако уровень нефтезагрязнения в конце эксппермента приблизительно тот же, что и через 3 дня после его начала (рис. 1). Доля углеводородных фракций в составе ХЭ этих образцов не только не уменьшилась в ходе эксперимента, что характерно для процессов биодеградации, а даже чуть возросла (табл. 1). То есть, можно предположить, что на фоне протекания процессов биодеградации на эти участки также поступали новые порции углеводородных поллютантов. Высевание растений не оказало дополнительного положительного влияния на эффективность очистки. Возможно, примененная травосмесь оказалась плохо адаптированной к климатическим условиям арктической среды. То есть во всех случаях эффект очистки был нивелирован вторичным поступлением углеводородных пол-лютантов. Столь низкие скорости биологической очистки, возможно, связаны с климатическими условиями региона. Любое вмешательство в экосистему арктических почв может быть чревато не только положительными, но и отрицательными эффектами [4]. Известно, что даже внесение удобрений может нарушить хрупкий северный почвенный биоценоз. Вследствие этого некоторые исследователи полагают, что биоремедиацию почв лучше всего проводить методом активации собственной почвенной углеводородокисляющей микрофлоры [4].
Таким образом, биологические способы очистки почв от нефтезагрязнений, применяемые в регионах с более мягким климатом, мало эффективны в зоне Арктики. Кроме того, проведение восстановительных мероприятий на территориях действующих техногенных объектов, сталкивается с дополнительной трудностью - повторными загрязнениями участков вследствие свежих разливов, что нивелирует результативность обработки и затрудняет оценку ее эффективности. Необходимо своевременно собирать пролитые нефтепродукты и разрабатывать эффективные способы очистки арктических почв от нефтезагрязнений.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (рег. № 122011200369-1) с использованием научного оборудования Центра коллективного пользования ФИЦЯНЦ СО РАН.
Литература
1. Lifshits S., Glyaznetsova Yu., Erofeevskaya L., Chalaya O., Zueva I. Effect of oil pollution on the ecological condition of soils and bottom sediments of the arctic region (Yakutia) // Environmental Pollution. 2021. V. 288. P. 117680. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117680rOCT 17.4.4.02-2017
2. Ерофеевская Л.А., Глязнецова Ю.С., Зуева И.Н., Чалая О.Н., Лифшиц С.Х. Биореме-диация нефтезагрязненных почв в климатических условиях Крайнего Севера. Новосибирск: СО РАН, 2022. 132 с.
3. Оборин А. А., Хмурчик В. Т, Иларионов С. А., Маркарова М. Ю., Назаров А. В. Нефте-загрязненные биоценозы. Пермь: УрО РАН; Перм. гос. ун-т; Перм. гос. техн. ун-т, 2008. 511 с.
4. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1998. 376 с.
