авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Состав, распространение, трансформация нефтезагрязнения в почвогрунтах и донных осадках на территории якутии

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Глязнецова Юлия Станиславовна

СОСТАВ, РАСПРОСТРАНЕНИЕ, ТРАНСФОРМАЦИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЯ В ПОЧВОГРУНТАХ И ДОННЫХ ОСАДКАХ НА ТЕРРИТОРИИ ЯКУТИИ

02.00.13 Нефтехимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Томск - 2008

Работа выполнена в Институте проблем нефти и газа Сибирского отделения

Российской академии наук

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук, Зуева Ираида Николаевна
Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Головко Анатолий Кузьмич кандидат химических наук, доцент Остроухов Сергей Борисович,
Ведущая организация: Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН

Защита состоится «13» ноября 2008 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета

Д 003.043.01. при Институте химии нефти СО РАН по адресу: 634021, Томск, проспект Академический, 3, ИХН СО РАН, конференц-зал.

fax : (3822) 49 14 57

e-mail: dissovet@ipc.tsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке

Института химии нефти СО РАН

Автореферат разослан « » октября 2008г.

Ученый секретарь диссертационного совета: Сагаченко Т.А.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Освоение новых ресурсов углеводородного сырья в суровых климатических условиях является трудной технической проблемой, включающей обязательное обеспечение условий рационального природопользования, промышленной и экологической безопасности. Несмотря на то, что технология добычи и транспортировки нефти постоянно совершенствуется с учетом защиты окружающей среды (ОС), актуальность проблемы не снижается. В связи со строительством нефтепровода «Восточная Сибирь - Тихий океан», более 1000 км которого будут проложены по территории Якутии, и к нему будут подключены крупнейшие нефтяные месторождения юго-западной части республики, необходимо дать характеристику современного фонового состояния природной среды и провести оценку на загрязнение ОС нефтепродуктами (НП) ещё до начала реализации крупномасштабных проектов. В последующем эти исследования могут быть использованы для наблюдения за состоянием природной среды в процессе эксплуатации новых крупных объектов добычи углеводородного сырья.

Наряду с мониторингом территорий размещения объектов техногенного назначения, важным аспектом является изучение способности экосистем к восстановлению при попадании в них компонентов нефти и НП в экстремальных климатических условиях севера. Почвогрунты и донные осадки, обладая высокой сорбционной способностью, аккумулируют попадающие в них при разливах и утечках нефть и НП. Нормативы предельно допустимых содержаний НП в почвах и донных осадках находятся на стадии разработки и носят ориентировочный характер. В северных условиях природа особенно хрупка и ранима, поэтому работы по изучению способности почв и донных осадков к восстановлению должны носить приоритетный характер. Отсутствие нормативов значительно затрудняет проектирование и проведение работ по рекультивации, а также подготовку юридически обоснованных материалов о возмещении ущерба, причиненного ОС нефтяным загрязнением земель.



Отсутствие данных о химическом составе нефтезагрязнения и особенностях его изменения при попадании в почвогрунты и донные осадки в природно-климатических условиях Якутии вызывает необходимость исследования в этой области.

Цель работы состояла в комплексном исследовании состава, особенностей трансформации и распространения нефтезагрязнения в почвах и донных осадках для характеристики современного состояния территорий техногенных и природных объектов Якутии и оценки влияния нефтезагрязнения на компоненты ОС.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Выбрать комплекс аналитических методов исследования для характеристики нефтезагрязнения, поскольку стандартные методики определения суммарного содержания НП в почве, внесенные в Государственный реестр, недостаточно информативны и не всегда отражают реальную картину нефтезагрязнения.

2. Изучить и сопоставить состав нефтезагрязнителей и нативного органического вещества (ОВ) почв и донных осадков и выявить аналитические параметры для диагностики нефтезагрязнения.

3. Дать характеристику нефтезагрязнения почвогрунтов и донных осадков на объектах НГК Якутии на основе изучения химического состава и структуры и выявить участки с высоким уровнем загрязнения.

4. Провести модельные исследования по изучению трансформации нефтезагрязнения под влиянием биохимических факторов и дать оценку ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) НП для мерзлотных почв Якутии.

Научная новизна. Впервые предложен комплекс аналитических параметров для идентификации НП в почвогрунтах и донных осадках, позволяющий дифференцировать техногенную составляющую на фоне нативного ОВ почв, что позволяет определять как уровень, так и характер нефтезагрязнения.

Выявлены параметры, характеризующие современное состояние природного фона северных экосистем, для оценки масштаба и характера антропогенных аномалий и мониторинга территорий нефтегазового комплекса (НГК) на загрязнение НП.

Впервые на модельном эксперименте исследованы особенности трансформации нефти под влиянием почвенной микрофлоры и растительности и определены значения ОДК нефти в мерзлотных почвах Якутии.

Для объектов НГК Якутии впервые дана детальная характеристика загрязнения, его распространение и выявлены участки с высоким уровнем нефтезагрязнения, где необходимо проведение восстановительных и рекультивационных работ.

Практическая значимость работы. Предложенный комплекс аналитических параметров позволяет контролировать состояние ОС, выявлять участки с высоким уровнем нефтезагрязнения, требующие специальных мероприятий по их восстановлению и оценивать качество выполненных рекультивационных работ.

Данные по современному состоянию почв и донных осадков на загрязнение НП будут использованы для мониторинга территорий действующих предприятий НГК, а также в связи с вводом в эксплуатацию нового крупного центра нефтедобычи в республике.

Данные по изучению особенностей трансформации нефтезагрязнения в мерзлотных почвах могут быть использованы при разработке нормативов ОДК НП.

На защиту выносятся:

- комплекс аналитических параметров для идентификации техногенной составляющей на фоне нативного ОВ при загрязнении почвогрунтов нефтью и НП;

- особенности трансформации нефтяного загрязнения под действием почвенной микрофлоры и элементов растительного покрова для мерзлотных почв Якутии по результатам моделирования;

- закономерности распространения загрязнения почвогрунтов и донных осадков на объектах НГК Якутии на основе изучения химического состава нефтезагрязнения.

Реализация работы. Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИПНГ СО РАН на 2000-2007 гг. (в лаборатории геохимии каустобиолитов) и является составной частью тем: «Динамика загрязнения окружающей среды на объектах нефтегазового комплекса» (ГР № 01.2.00 103691); «Создание новых физико-химических методов исследования закономерностей формирования поверхностных геохимических полей над залежами углеводородов» (междисциплинарный интеграционный проект №85). «Изучение состава проб нефтепродуктов» по заказу ОАО «Якутгазпром» (№ 21/1415). Результаты исследований территорий Талаканского месторождения и трассы нефтепровода Талакан-Витим, включенные в диссертацию, были внедрены в ОАО «Ленанефтегаз» (г. Ленск). Материалы диссертации вошли в виде самостоятельных глав в научные отчеты ИПНГ СО РАН за 2001-2007 гг.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Малотоннажная переработка нефти и газа в республике Саха (Якутия)» (Якутск, 2001); «Экологическая безопасность р. Лена» (Якутск, 2001); II, III конференции молодых специалистов ОАО «Якутгазпром» (Якутск, 2006, 2007); VII «Лаврентьевских чтениях» (Якутск, 2003); 3 школе-семинаре молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития регионов» (Улан-Удэ, 2004); «Физика и окружающий мир» (Якутск, 2005); «Минерально-сырьевые ресурсы и освоение недр Якутии» (Якутск, 2005); конференции научной молодежи ЯНЦ «Эрэл» (Якутск, 2006, 2007); международных конференциях: «Прикладная экология Севера» (Якутск, 2003); «Роль мерзлотных экосистем в глобальном изменении климата» (Якутск, 2006); «Химия нефти и газа» (Томск, 2006).II Евразийском симпозиуме по проблемам прочности материалов и машин (Якутск, 2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 работ, в том числе 6 статей (4 из них в журнале из списка ВАК), материалы 20 докладов и тезисы 4 докладов на международных, всероссийских и региональных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, приложения и списка использованной литературы из 163 наименований. Работа изложена на 163 страницах и содержит 57 рисунков, 48 таблиц вместе с приложением.

Автор искренне благодарен научным сотрудникам лаборатории геохимии каустобиолитов Института проблем нефти и газа СО РАН Чалой О.Н. и Лифшиц С.Х. за помощь в проведении исследований и полезные консультации, а также всему научно-техническому персоналу лаборатории. Автор признателен за ценные замечания член-корр. РАН Каширцеву В.А., к.г.-м.н. Новгородову П.Г., д.г.-м.н. Макарову В.Н. и к.б.н. Легостаевой Я.Б.

Особую признательность автор выражает научному руководителю к.г.-м.н. Зуевой И.Н. за постоянную поддержку и ценные советы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Загрязнение почв нефтепродуктами (литературный обзор).

Проблемам загрязнения почв и донных осадков техногенными углеводородами (УВ) в научной литературе посвящено большое число работ. В основном они связаны с изучением процессов миграции и трансформации нефти и НП в почвах, с очисткой и рекультивацией почв, трансформацией морфологических и химических свойств почв под влиянием загрязнения, ролью почвенных микроогранизмов в утилизации УВ. Во многих публикациях содержатся сведения о методах диагностики различных углеводородных загрязнений. В ряде работ рассматриваются вопросы нормирования загрязнения почв сложными смесями УВ и установление порогов допустимых концентраций нефти и НП в почвах.

Официальные методики, внесенные в Государственный реестр, позволяют определять лишь суммарное содержание НП в почве, и применимы только для анализа загрязнения почвогрунтов НП в случаях свежих разливов, что ограничивает их применение для мониторинга нефтезагрязненных территорий и контроля качества выполненных очистных работ. С другой стороны, в ряде работ показано, что определяемые по этим методикам УВ могут соответствовать не только техногенному загрязнению, но и присутствующему в пробах нативному ОВ. В связи с этим необходимо проведение специальных исследований для изучения состава и особенностей химической структуры выделенных углеводородных компонентов.

2. Объекты и методы исследования.

Объектами исследования послужили пробы почвогрунтов с территорий НГК Якутии: Якутской нефтебазы (НБ), Ленской НБ, Талаканского нефтепромысла, нефтепровода Талакан-Витим, Средневилюйского газоконденсатного месторождения, а также донных осадков ручья Нюняли, протекающего по территории Талаканского нефтепромысла.

Пробы отбирались и на природных объектах: прибрежной зоны р. Лена и группы островов. Общее количество проанализированных проб почв и донных осадков 455.





Изучены свойства и химический состав возможных загрязнителей: талаканской нефти и ее фракций, средневилюйского газоконденсата и различных НП.

Процесс определения НП в почвах состоит из следующих основных стадий: отбор проб, концентрирование НП, собственно определение.

Комплекс аналитических исследований включал извлечение ОВ из проб почвогрунтов с помощью холодной экстракции хлороформом, изучение структурно-группового состава компонентов экстрактов и их фракций методом ИК-Фурье спектроскопии, определение группового состава экстрактов методом жидкостно-адсорбционной колоночной хроматографии; определение индивидуального состава насыщенных УВ методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ) и хромато-масс-спектрметрии (ГХ/МС).

Спектральные исследования выполнены на ИК-Фурье спектрометре “Protege 460” фирмы “Nicolet” в аналитической области 600-4000 см-1.

В хлороформенных экстрактах после осаждения асфальтенов избытком петролейного эфира выделялась мальтеновая часть, которая методом колоночной жидкостно-адсорбционной хроматографии на силикагеле АСК разделялась на масла, бензольные и спиртобензольные смолы.

Изучение алифатических УВ в хлороформенных битумоидах (ХБ) проб проводилось методом ГЖХ на приборе «Цвет-112» и методом ГХ/МС на системе, включающей газовый хроматограф Agilent 6890, имеющий интерфейс с высокоэффективным масс-селективным детектором Agilent 5973N.

3. Особенности состава и строения битумоидной части мерзлотных почв Якутии и нефтепродуктов-загрязнителей. Как известно, в составе почв и донных осадков содержится нативное ОВ. Содержание битумоидной составляющей – ХБ в породах и почвах изменяется в больших пределах и может достигать аномально высоких значений (более 0,4%), превышая в сотни раз средние фоновые значения для почв - 0,004-0,100% (Справочник, 1999). Присутствие нативного ОВ затрудняет идентификацию техногенного загрязнения почв, поэтому оценку предлагается проводить относительно фона. В связи с этим необходимо проведение битуминологических исследований для характеристики природного фона, т.е. определение содержания ОВ в почвах и особенностей его состава.

Для характеристики природного фона были изучены контрольные пробы почв, отобранные на незагрязненных участках, расположенных на значительном расстоянии от источников нефтезагрязнения.

Анализ ИК-спектров ХБ контрольных проб показал их идентичность с ХБ ОВ современных осадков. В их структурно-групповом составе кислородсодержащие соединения преобладают над углеводородными структурами, на что указывает доминирование полос поглощения (п.п) карбонильных групп в области 1700-1740 см-1 и поглощение эфирных связей в области 1170 см-1 над п.п. алифатических структур (характерный дублет 720 и 730 см-1 для длинных метиленовых цепей, 1380 см-1 – для метильных групп, 1460 см-1 – метиленовых групп) и ароматических циклов – 750 и 1600 см-1 (рис. 1, спектры 1, 2). Различия в ИК-спектрах экстрактов почв, дающих информацию о природном фоне, и характере НП-загрязнителей, позволяют обнаружить присутствие техногенной составляющей в составе экстрактов.

 ИК-спектры: 1, 2 – ХБ-1

Рисунок 1 - ИК-спектры: 1, 2 – ХБ контрольной пробы почвы, 3 – нефти (Талаканское месторождение), 4 – дизельное топливо, 5- бензин марки АИ-76

В работе также приведены результаты изучения состава нефти Талаканского месторождения, и ее фракций, НП, газоконденсата Средневилюйского месторождения, как основных нефтезагрязнителей почвогрунтов в данных исследованиях.

В ИК-спектрах нефтей и НП доминируют п.п. углеводородных структур по сравнению с кислородсодержащими фрагментами молекул (рис.1, спектры 3, 4, 5). Из рисунка видно, что конфигурация ИК-спектров НП определяется исключительно углеводородной составляющей - набором интенсивных п.п. в области 650-1000см-1, 1380, 1460 и 1600см-1 и практически полным отсутствием п.п. кислородсодержащих соединений.

В групповом составе НП углеводородные компоненты преобладают над асфальтово-смолистыми.

Характерными особенностями индивидуального состава насыщенных УВ талаканской нефти являются высокое содержание н-алканов (46,1%), преобладание среди них относительно низкомолекулярных гомологов, максимум распределения в области н-С15,17, значительная доля изопреноидов (14,1%), преобладание в них фитана (Ph) над пристаном (Pr) (Pr/Ph=0,70), присутствие УВ ряда 12- и 13-метилалканов (12,5%), коэффициент нч/ч близок к единице (рис. 2).

Сравнительная характеристика особенностей состава ХБ почв, дающих информацию о природном фоне, и НП легла в основу диагностики нефтезагрязнений в почвах и донных осадках.

4. Изучение трансформации нефти в почвах Якутии (по результатам моделирования). В данной главе представлены результаты модельного эксперимента по изучению способности мерзлотных почв Якутии к самовосстановлению при загрязнении ее нефтью, выполненного совместно с Институтом биологических проблем криолитозоны СО РАН. В типичную для Центральной Якутии почву добавляли талаканскую нефть в количествах от 0,07 до 1,95 об.%. В подготовленные образцы почв с различным количеством добавленной нефти высевали семена одуванчика рогоносного – Taraxacum ceralophorum (Ledeb). Оценку физиологических параметров растений проводили по всхожести семян и выживаемости проростков на 60-й день наблюдения и по активности почвенных энзимов, участвующих в утилизации ряда компонентов нефти.

По окончании вегетационного периода (60 дней) выделенные из проб экстракты (ХБ) анализировались по предложенной выше схеме (глава 2). Результаты эксперимента показали, что изменение параметров всхожести и выживаемости растения, а также активности почвенных энзимов в зависимости от содержания нефти в пробах носят сложный характер.


ИК-спектры битумоидов
К1700 Добавка нефти, об.% Выход ХБ, % на пробу УВ, % на ХБ
0,99 0,60 0,58 0,31 0 0,13 0,39 1,95 0,0248 0,0329 0,0784 0,4280 9,25 18,92 23,72 62,65


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.