Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 8
1.1. Основные свойства нефтеводосолевой эмульсии, как загрязнителя почвенного покрова 8
1.2. Обзор аварийных ситуаций, при которых происходит загрязнение почв нефтеводосолевой эмульсией 12
1.3 Изменение свойств почв под действием нефтеводосолевой эмульсии 14
1.3.1 Изменение морфологических признаков почв под действием нефтеводосолевой эмульсии 15
1.3.2 Изменение физических свойств почв под действием нефтеводосолевой эмульсии 16
1.3.3 Изменение физико-химических свойств почв под действием нефтеводосолевой эмульсии 18
1.3.4 Изменение химических свойств почв под действием нефтеводосолевой эмульсии 20
1.3.5 Изменение биологических свойств почв под действием нефтеводосолевой эмульсии 23
1.4 Методы рекультивации почв, загрязненных нефтеводосолевой эмульсией 28
1.4.1 Технический этап рекультивации 31
1.4.2 Биологический этап рекультивации 35
1.4.2.1 Агротехнические мероприятия 35
1.4.2.2 Микробиологические мероприятия 39
1.4.2.3 Фитомелиоративные мероприятия 43
Заключение по обзору литературы 46
Глава II. Объекты, условия и методика проведения исследований 48
2.1. Объекты исследований 48
2.2. Агроклиматические условия . 48
2.3. Лабораторный опыт 1 51
2.4. Микрополевой опыт 2 52
2.5. Микрополевой опыт 3 54
2.6. Мелкоделяночный опыт 4 56
2.7. Методы лабораторных исследований 57
Глава III. Результаты исследований 60
3.1. Влияние нефтеводосолевой эмульсии на свойства дерново-подзолистой почвы 60
3.1.1 Влияние нефтеводосолевой эмульсии на физико-химические свойства 60
3.1.1.1 Кислотно-основные свойства загрязненных почв 60
3.1.1.2 Состав и сумма обменных катионов загрязненной почвы 65
3.1.2 Влияние нефтеводосолевой эмульсии на химические свойства 72
3.1.2.1 Содержание нефти в почве 72
3.1.2.2 Содержание подвижного фосфора в загрязненной почве 80
3.1.2.3 Содержание обменного калия в загрязненной почве 83
3.1.2.4 Содержание минерального азота в загрязненной почве 86
3.1.3 Показатели водной вытяжки загрязненной почвы 87
3.1.4 Влияние нефтеводосолевой эмульсии на физические свойства 94
3.1.4.1 Общие физические свойства 94
3.1.4.2 Физико-механические свойства 96
3.1.4.3 Показатели водосодержания 97
3.1.5 Влияние нефтеводосолевой эмульсии на биологические свойства почвы 98
3.1.5.1 Влияние нефтеводосолевой эмульсии на интенсивность дыхания почвы 98
3.1.5.2 Численность физиологических групп почвенных микроорганизмов 105
3.2 Научные основы рекультивации дерново-подзолистой почвы, загряз ненной нефтеводосолевой эмульсией 107
3.2.1 Влияние комплекса агротехнических приемов на свойства почвы 107
3.2.1.1 Агрохимические свойства 107
3.2.1.1 Биологические свойства 116
3.2.1.1.1 Интенсивность дыхания почвы 116
3.2.1.1.2 Количество углеводородокисляющих и гетеротрофных микроорганизмов в загрязненной почве 118
3.2.1.1.3 Урожайность ярового ячменя 119
3.2.2 Производственное испытание разработанного комплекса приемов 125
Глава IV Энергетическая и экономическая эффективность приемов рекульжвации 131
Общие выводы 134
Рекомендации производству 136
Список использованной литературы
- Обзор аварийных ситуаций, при которых происходит загрязнение почв нефтеводосолевой эмульсией
- Агроклиматические условия
- Влияние нефтеводосолевой эмульсии на физико-химические свойства
- Влияние нефтеводосолевой эмульсии на физические свойства
Введение к работе
Актуальность проблемы. Нефтегазовая промышленность по опасности воздействия на окружающую среду занимает третье место в числе 130 отраслей современного производства (Панов Г.Е. и др., 1986). По данным Международного Соци-шьно-экологического союза на сегодня в России добывается ежегодно около 100 млн. тонн нефти, из которых от 1,5 до 10 % теряется при добыче и транспорти-ювке (Иванов И.П., 1982; Замойский В.Л., Островский С.А., Гильфанов О.Г., 1995; іулатов А.И., Макаренко П.П., Шеметов В.Ю., 1997). Даже при минимальной оцен-:е это около 4,5 млн. тонн в год.
Обеспечивая народное хозяйство энергией, предприятия топливно-інегретического комплекса являются одновременно источником загрязнения среды »битания человека. Поэтому проблема обеспечения экологической безопасности [ри развитии топливно-энергетического комплекса, и в первую очередь нефтегазо-юго, имеют первостепенное значение (Минаев Е., 1995).
Удмуртская Республика является крупным нефтяным регионом Среднего Іредуралья РФ. На ее территории расположено свыше 100 месторождений, 60 % из оторых находятся в разработке. Ежегодный уровень добычи нефти составляет бо-ее 7 млн. т. За 30 лет промышленной добычи из недр Удмуртской Республики до-ыто свыше 250 млн. т. нефти. Общая протяженность нефтепроводов по республике 180 км (Государственный доклад, 2001). Технологическая схема сбора и транспор-ировки нефти реализована в герметизированном варианте. Однако она не исключа-г возможности возникновения аварийных ситуаций. Уровень аварийности на них о отдельным месторождениям изменяется в пределах 0,05-0,60 шт./км в год (Сала-.атова Т.В., 2002).
На современном этапе развития нефтедобывающей промышленности не пред-гавляется возможным исключить ее воздействие на почвенный покров, поэтому озникает необходимость разработки методов и технологий для восстановления за-зязненных земель. Существующие технологии рекультивации почв, загрязненных родуктами нефтедобычи не позволяют учесть местные почвенно-климатические :ловия, физико-химические свойства загрязнителя и, как правило, имеют высокую
стоимость. Поэтому проблема поиска малозатратных и адаптированных к конкретнім условиям приемов рекультивации остается весьма актуальной. В связи с этим 5ольшой научно-практический интерес вызывает изучение влияния нефтяной >мульсии на трансформацию почвенного покрова и разработка научно обоснованных технологий, позволяющих ускорить процессы восстановления загрязненных ючв в результате нефтедобычи.
Цель и задачи исследований. Целью работы являлось изучение свойств дерно-ю-подзолистых суглинистых почв, загрязненных нефтеводосолевыми эмульсиями НВСЭ) и разработка комплекса агротехнических приемов (КАП) их рекультивации, соторый позволит наиболее эффективно при минимальных затратах в почвенно-слиматических условиях Среднего Предуралья восстановить нарушенное почвен-юе плодородие. В соответствии с целью исследований были поставлены следующие іадачи:
Изучить влияние нефтеводосолевых эмульсий на агрохимические, агрофи-іические и биологические свойства дерново-подзолистой суглинистой почвы.
Выявить действие комплекса агроприемов на скорость разложения нефти, т количество и состав солей в почве.
Выявить сельскохозяйственные культуры, устойчивые к загрязнению НВСЭ $ условиях Среднего Предуралья и возможность их использования в фитомелиора-щи загрязненных почв.
Дать экономическую и энергетическую оценку разработанной технологии )екультивации.
Основные положения, выносимые на защиту:
Нефтеводосолевая эмульсия обусловливает комплексное загрязнение почтенного покрова. Почвы одновременно приобретают свойства замазученных и засо-генных.
Степень воздействия НВСЭ на свойства почвы определяется не только об-цим количеством загрязнителя, но и соотношением в нем нефти и нефтепромысло-
$ЫХ ВОД.
\. Рекультивация почв, загрязненных нефтеводосолевой эмульсией даже в средней и сильной степени, возможна с помощью комплекса агротехнических приемов, которые должны быть выполнены в определенном сочетании и последовательности, в зависимости от степени загрязнения и соотношения составных частей эмульсии.
Научная новизна. Впервые в Удмуртской Республике всесторонне изучены в тбораторных и полевых условиях изменения физико-химических, химических, ос-ювных показателей физических и биологических свойств дерново-подзолистых ючв в результате загрязнения их разными концентрациями нефтеводосолевых >мульсий.
Разработан и испытан в полевых и производственных условиях эффективный : экологической, экономической и энергетической точек зрения комплекс агротех-[ических приемов рекультивации дерново-подзолистых почв, загрязненных НВСЭ, :оторый позволяет исключить снятие и вывоз почвы с загрязненного участка и честь местные особенности почвообразования.
Выявлены сельскохозяйственные культуры, наиболее устойчивые к этому ви-;у загрязнения.
Практическая значимость работы. На основе проведенных исследований раз-аботан эффективный комплекс агротехнических приемов по рекультивации почв, агрязненных разными концентрациями нефтеводосолевых эмульсий. Применение гого комплекса позволит сократить период рекультивации более чем в 2 раза и тем амым снизить размер выплат штрафных санкций за причинённый ущерб.
Полученные данные легли в основу «Практического руководства по рекульти-ации земель, загрязненных нефтью и промысловыми водами на территории Уд-уртской Республики», которое, в настоящее время, является регламентирующим окументом при составлении проектов рекультивации на конкретные загрязненные частки в Удмуртской Республике. Результаты исследований используются в учеб-ом процессе ИжГСХА и УдГУ в курсе «Рекультивация нарушенных земель».
Реализация результатов исследований. Разработанные приемы рекультивации очв, загрязненных НВСЭ, испытаны на Гремихинском нефтяном месторождении в
Зоткинском районе (2 участка) и Чутырском месторождении в Игринском районе VP (2 участка), на участках загрязненных аварийным разливом нефтеводосолевой >мульсии. Полученные данные подтвердили высокую эффективность примененных дероприятий. За три вегетационных периода удалось снизить степень загрязнения ючв с очень высокой до допустимой, полностью восстановлен растительный по-сров.
Апробация работы и публикации результатов исследований. Материалы диссертационной работы были апробированы на Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса )ёгионов России» (Уфа, 2002), региональной конференции «Аграрная наука - со-тояние и проблемы» (Ижевск, 2002), конференции молодых ученых (Ижевск, 2002), [аучно-практической конференции «Воспроизводство плодородия дерново-юдзолистых почв в адаптивно-ландшафтной системе земледелия» (Ижевск, 2002), всероссийской научно-практической конференции «Научное обеспечение АПК. їтоги и перспектива» (Ижевск, 2003).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, редложений производству. Работа изложена на 137 печатных страницу в том числе ключает 78 рисунков и 12 таблиц. Список литературы включает 209 наименований, том числе 12 на иностранном языке.
Обзор аварийных ситуаций, при которых происходит загрязнение почв нефтеводосолевой эмульсией
Обзор работ, посвященных изучению трансформации свойств почв под влия-шем загрязнения, проведенных в различных почвенно-климатических зонах, не ис-[ерпывают всю сложность этой проблемы, но позволяет проследить воздействие іефти и НВ на процессы, протекающие в почвах (Бурдынь Т.А., Закс Ю.Б, 1975; "аббасова И.М., и др., 1997, 2002; Гайнутдинов М.З., и др., 1982; Геохимические..., 981; Гилязов М.Ю., 1999, 2001; Гилязов М.Ю., и др., 1988, 1988; Глазовская М.А, 988, 1999; Глазовская М.А., Солнцева И.П., 1984; Ермолаев И.Н., Ивченко, Е.Т., 992; Клименко И.А., 1987; Никифоров Е.Н., и др., 1987 и др.).
Изменения, возникающие в почве при загрязнении ее нефтеводосолевой імульсией, касаются практически всех ее морфологических признаков. Установле-ю, что их выраженность зависит как от интенсивности загрязнения, так и от свойств :амих почв, их использования и наличия тех или иных биохимических барьеров Солнцева Н.П., Никифорова Е.М., 1989; Солнцева Н.П., 1998; Аммосова Я.М., Трофимов С.Я., Суханова Н.И., 1999).
При поступлении НВСЭ в почвенный профиль начинается процесс ее фрак-(ионирования. Почва, обладая свойствами дисперсного гетерогенного тела, дейст-ует как хроматографическая колонка, в которой происходит перераспределение :омпонентов нефти: в верхнем горизонте сорбируются компоненты, содержащие шого смолисто-асфальтеновых веществ и циклических соединений, а в нижние горизонты проникают в основном низкомолекулярные соединения, имеющие высокую іастворимость в воде и более высокую диффузную способность
Для эмульсии характерны два типа миграции по профилю: фронтальное и гра-итационное стекание по каналам миграции. Для верхней части профиля характерен ервый тип, что приводит к равномерному пропитыванию почвенной толщи загряз-ителем. В более глубокие горизонты НВСЭ проникает по ходам корней, трещинам другим ослабленным зонам. По мере перемещения вниз по профилю уровень ее асыщения в почве снижается. Этим горизонтам свойственно неравномерное рас-ределение нефти (Аммосова Я.М., Трофимов С.Я., Суханова Н.И., 1999). При дос-ижении нефтью уровня грунтовых вод дальнейшее движение вниз прекращается.
Отличия по морфологическим признакам загрязненного почвенного профиля остюкевич И.И. и др., 1991; Бахшиева И.Т., 1991; Аммосова Я.М., и др., 1999):
1. В зависимости от степени загрязнения окраска гумусового или пахотного эризонта может изменяться от серой до смолисто-черной. Появляются масляни-гые и радужные сгустки по границе структурных отдельностей.
2. Происходит оструктуривание гумусового, и тем более пахотного горизон-эв, из пылеватой или комковато-пылеватой она становится комковато-глыбистой їли глыбистой. В нижних слоях отмечается тенденция формирования столбчатой структуры. Головки «столбиков» приурочены к верхней части горизонта А2В!.
3. Резко возрастает водопрочность агрегатов, так как нефть имеет четко выра-кенные гидрофобные свойства.
4. По всему профилю просматриваются расплывшиеся темно-серые или чер-говатые пятна нефти или продуктов её разложения. Глубина проникновения эмуль-:ии определяется целым рядом факторов: степенью загрязнения, гранулометриче-;ким составом почвы, характером растительного покрова, уклоном местности и глубиной залегания грунтовых вод. На сильно загрязнённых участках глубина проник-ювения может составлять 45-70 см и более.
5. Отмечается повышенная влажность почвенного горизонта.
6. Затрудненный воздухообмен в сочетании с дополнительным количеством шесенных органических соединений создают благоприятные условия для возник-ювения и (или) существенной стимуляции вторичных глеевых процессов, которые логут охватывать весь почвенный профиль или отдельные горизонты
7. Загрязненная почва плохо поддается обработке сельскохозяйственными фудиями. При распашке образуется характерная глыбистая структура.
8. Изменяется сложение почвы, что связано с закупориванием твердым пара фином пор и трещин почвенной системы.
9. Растительный покров загрязнённой почвы сильно изреживается, резко )бедняется его видовой состав, очень часто он полностью отсутствует;
10. В местах интенсивного загрязнения возможна полная деградация отдель гых генетических горизонтов исходных почв вплоть до исчезновения их первичных іризнаков.
Нефть, входящая в состав эмульсии заметно ухудшает водно-воздушные свой-тва почвы, заполняя значительную часть свободного порово-трещинного простран-тва. Целый ряд исследователей (Трофимов С.С. и др., 1989; Ошакмашви ш Н.Л., 1988; Колесникова Н.М. и др., 1990; Аммосова ЯМ., Трофимов С.Я., Суханова Н.И., 1999) отмечают, что в почвах, насыщенных нефтепродуктами, значительно снижается общая порозность (на 24-28 %) и резко (почти в 2 раза) уменьшается ігрегатная порозность. В результате нарушается кислородный режим почв и грун-:ов, перестраиваются их окислительно-востановительные процессы (Солнцева Н.П., і998; Аммосова Я.М., Трофимов С.Я., Суханова Н.И., 1999; Гилязов М.Ю., 2001). Іотеря кислорода происходит также при последующем окислении углеводородов нефти (Солнцева Н.П., 1998).
Агроклиматические условия
Исследования проводились на территории Завьяловского и Боткинского рай-зов, которые входят в южный агроклиматический район, в тёплый, умерено влаж-ый подрайон Удмуртской Республики. Климат его умеренно-континентальный с /ровой продолжительной зимой, значительным снежным покровом и довольно те-пым, но непродолжительным летом. Данный подрайон характеризуется следую-;ими метеорологическими данными (Агроклиматический справочник...., 1961): 1. Среднегодовая температура воздуха + 2,0 С. 2. Продолжительность вегетационного периода при среднесуточной температуре воздуха более 5 С составляет 164...171 дней, а более 10 С - 124...133 дней. 3. Сумма активных температур (более 10С) равняется 1900 - 2100 С. 4. Средняя температура июля +18 С, января - 15 С. 5. Безморозный период длится 119-137 дней. 6. Сумма осадков за год 450 - 500 мм, за вегетационный период 200 - 225 мм. 7. Средняя высота снежного покрова 57 см. 8. Гидротермический коэффициент равен 1,0-1,1, что свидетельствует о промывном типе водного режима и характеризует увлажнение как не всегда устойчивое.
Климатические условия района благоприятны для возделывания раннеспелых , частично, среднеспелых сельскохозяйственных культур, включенных в Госре-стр УР. Погодные условия вегетационных периодов наблюдений представлены в аблице 2.1.
Вегетационный период 2000 года по месяцам незначительно отличался от реднемноголетних данных. Май был несколько холоднее средне статистиче кого, а остальные месяцы на 1 - 2 градуса теплее. Зато осадки распределялись в те-ение вегетации крайне неравномерно. В июне месяце их количество превышало реднемноголетние данные более чем в 2,5 раза, в августе на 10,1 % , а в другие ме-яцы их выпало меньше нормы. Самым засушливым в 2000 году оказался июль -6,7 % от нормы, поэтому этот период вегетации был самым неблагоприятным для оста и развития растений и жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.
Метеорологические условия вегетационного периода 2001 года характеризо-ались следующими показателями. В мае наблюдалась, преимущественно, теплая и чень влажная погода. Среднемесячная температура воздуха была на 3,8 градуса зіше среднемноголетней. За месяц май выпало 364 % среднемноголетней нормы :адков, что могло неблагоприятно сказаться на развитие аэробной микрофлоры, огодные условия июня, в основном, благоприятствовали развитию углеводородо-ісляющей микрофлоры и растений. Среднемесячная температура воздуха была ппе среднемноголетней на 1,3 градуса. За месяц выпало 64 мм осадков, что соста-шо 121 % нормы. В июле складывались критические погодные условия. Преобла-ша теплая и очень сухая погода. Во второй половине июля температура воздуха в ЇЄВНЬІЄ часы превышала 24 градусов, а сумма осадков за месяц составила только 7 % среднемноголетней нормы. Теплая погода, с достаточным количеством осад-)в, сохранялась в августе месяце. Сумма осадков составила 62,9 мм, что соответст- вало среднемноголетней норме. Среднемесячная температура сентября была не-:олько ниже среднемноголетней (на -0,6С). Сумма осадков за месяц незначитель-) отличалась от среднемноголетней.
Тепловые ресурсы вегетационного периода 2002 года по месяцам незначи-льно отличались от среднемноголетних данных. Май и август были холоднее іеднемноголетних данных на 3,1...3,5 С , а остальные месяцы на 1-2 градуса теп-е. Осадки распределялись в течение вегетации крайне неравномерно. В мае и сен-бре их количество превышало среднемноголетние данные более чем в 2,5 и 2 раза. В августе их количество было близко к среднестатистическим данным, а в ругие месяцы их выпало меньше нормы. Самым засушливым в 2002 году оказался юль - 31 % от нормы, поэтому этот период вегетации был самым неблагоприятным ля роста и развития растений и жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Таким образом, по данным наблюдений за вегетационными периодами 2000 002 годов на характер роста и развития растений, активность микроорганизмов ог омное влияние оказала засушливая погода июля, а в отдельные годы и июня месяца.
Экспериментальные исследования начались с закладки в 1997 году модельно 3 лабораторного опыта 1. Задача опыта: 1) изучить влияние различных нефтеводо олевых эмульсий на изменение агрохимических и биологических свойств дерново одзолистой суглинистой почвы; 2) проследить скорость самовосстановления нару іенного плодородия загрязненной почвы в лабораторных условиях.
Лабораторный опыт заложен 5 января 1997 года в почвенно-агрохимической аборатории ИжГСХА в сосудах Кирсанова (прил. 1.2). Для расширения микробио-огического фонового разнообразия почву для опыта отобрали различной степени подзоленности и окультуренности из трёх районов Удмуртской Республики. Дер-ово-подзолистая почва до закладки опыта имела следующие агрохимические пока-ітели: обменная кислотность - 6,3 ед. рН« гидролитическая кислотность -,06 ммоль/100 г почвы; сумма обменных оснований - 18,5 ммоль/100 г почвы; со-ержание гумуса - 2,8 %; содержание подвижного фосфора 165 мг Р205/кг и обмен-ого калия 134 мг К20/кг почвы; степень насыщенности основаниями - 94,6 %.
Влияние нефтеводосолевой эмульсии на физико-химические свойства
Влияние загрязнения нефтеводосолевой эмульсией на кислотно-основные юйства дерново-подзолистой суглинистой почвы в лабораторных условиях пред-авлены в приложениях 2.1, 2.2 и рисунках 3.1-3.4. Приведенные данные свиде-льствуют, что загрязнение почвы НВСЭ обусловливает математически достовер-)е снижение почвенной кислотности, несмотря на то, что почва еще до закладки іьіта имела реакцию близкую к нейтральной. При загрязнении почвы НВСЭ с не-шьшим количеством НВ в составе эмульсии (НВ до 0,25 % плотного остатка) про-;ошло снижение обменной кислотности на 0,15...0,22 ед. рН от контрольного рианта без загрязнения, на фоне со средним содержанием (НВ до 0,50 %) - на 27...0,31, на фоне с высоким содержанием (НВ до 0,75 %) на -35...0,45 ед.рН,, при НСРоз-0,09 (рис. 3.1).На второй год реакция почвы стабилизировалась и наметилась тенденция к ее одкислению в вариантах с эмульсией. Такое подкисление почвы, по мнению .А. Киреевой, Н.Ф. Галимзяновой (1995), объясняется тем, что нефть способствует азвитию в загрязненной почве грибной микрофлоры, продукты метаболизма кото-эй являются низкомолекулярные органические кислоты. Наибольшее подкисление а третий год наблюдений отмечается при содержание нефти 15 % на всех трех фо-ах НВ: при низком уровне внесения НВ (НВ до 0,25 %) - снижение рНКсі на 0,20, зеднем (НВ до 0,50 %) - 0,34 и сильном (НВ до 0,75) - 0,11 ед. рНКсі от фонового шчения, при НСРо5 - 0,08. В этих условиях, даже через 36 месяцев после загрязне-ия, в большинстве вариантов величина рНКсі почвы, загрязненной НВСЭ, сдвину-ась к щелочному плечу на 0,04-0,43 ед.
Изменения показателей гидролитической кислотности под влиянием НВСЭ )ис. 3.4) подвержены тем же закономерностям, что и обменной, т.к. имеется тесная эрреляция этих показателей между собой. В отличие от обменной, на изменение эказателей гидролитической кислотности даже в первый период наблюдений (три есяца после загрязнения) оказала нефть. Корреляционный анализ показал среднюю грицательную зависимость показателей гидролитической кислотности от содержа-ия нефти в почве, загрязненной НВСЭ, (г=0,64±0,20). По полученным данным была построена математическая модель,
Зависимость показателей гидролитической кислотности от содержания нефти в почве, загрязненной НВСЭ, через три месяца после загрязнения. Лабораторный опыт 1 которая с 41 % вероятностью позволяет проследить зависимость этих показателей между собой в почве, загрязненной НВСЭ, через три месяца после загрязнения (рис. 3.3). Увеличение содержания нефти в составе НВСЭ в первый период вызвало снижение этого показателя на 0,10...0,33 ммоль/100 г почвы по сравнению с контролем (НСРо5 - 0,09), а в даль ;йшем, наоборот, обусловило его увеличение. По всей видимости, гидролитически щелочная соль (1н CH3COONa) не обеспечивает полного вытеснения ионов БҐ и А13+ из ППК, прежде всего из-за образования гидрофобной нефтяной пленки на поверхности почвенных коллоидов. По мере минерали 23 33
Давность загрязнения, месяц Зации нефти количество вытесненных ионов Н и А1 + из ППК увеличивается. Влияние нефтеводо-солевой эмульсии на кислотно-основные свойства -п--- Нефть 1% Нефть 15%
Изменения показателей гидролитической кислотности почвы, загрязненной НВСЭ, за период наблюдений. Лабораторный опыт дерново-подзолистой суг-инистой почвы в полевых условиях представлены в приложениях 2.12-2.13 и 2.27-,28 и рисунках 3.5-3.8. Через две недели после загрязнения (рис. 3.5), нефтеводосо-гвая эмульсия в полевых условиях, в отличие от лабораторных, оказала менее вы-аженное влияние на обменную кислотность горизонта почвы Апах. (FT FP). Тем не енее, и в полевых условиях, в большинстве случаев, просматривалась тенденция к одщелачиванию почвы под действием нефтепромысловых вод. Нефть, входящая в эстав эмульсии, наоборот, вызвала небольшое увеличение кислотности почвы, аиболее проявившееся через три месяца после загрязнения. Эти закономерности рослеживались весь период наблюдений и в ряде случаев доказывались математи-зски. По мере вымывания солей из загрязненной почвы, действие НВ на кислот-ость ослабевало и увеличивалось влияние на этот показатель нефти.
В результате загрязнения почвы НВСЭ, произошло снижение обменной ки-ютности и в 20-40 см слое почвы, обусловленное просачиванием НВ из горизонта пах. в нижние слои почвы (рис.3.6). 10 20 ЗО
Изменения обменной кислотности почвы,загрязненной НВСЭ, за период наблюдений (20-40 см). Микрополевой опыт Показатели гидролитической кислотности, в большинстве случаев, подтвер-сдали отмеченные ранее закономерности (рис. 3.7 и 3.8). Так через две недели после агрязнения НВСЭ, в вариантах с исходной дозой НВ до 1,0 % плотного остатка роизошло снижение гидролитической кислотности в Апах. на 0,39...0,43 моль/100 г очвы от контрольного варианта без загрязнения, на фоне НВ до 2,0 % плотного ос-атка - на 0,45...0,70, при HCPos - 0,35 ммоль/100 г. Содержащаяся нефть в составе мульсии, в первый период не вызвала достоверного изменения этого показателя FP FT). Однако через 27 месяцев привела к увеличению показателей гидролитиче-кой кислотности, подтвержденное данными математического анализа. С увеличением концентрации нефти с 3 до 15 % произошло увеличение этого показателя по равнению с аналогичными вариантами без нефти на фоне исходного загрязнения IB до 1,0 % на 0,38...0,47 ммоль/100 г и на фоне НВ до 2,0 % - на 0,30...0,55, при 1СРо5 нефти - 0,17 ммоль/100 г почвы.
Таким образом, в почвах загрязненных нефтеводослевой эмульсией, происхо-ит сдвиг кислотности почвы в щелочную сторону. В первый период после загряз-ения, наибольшее влияние на изменения показателей почвенной кислотности ока-ывает количество нефтепромысловых вод, содержащееся в составе эмульсии, а по tepe вымывания водорастворимых солей из загрязненной почвы - количество в ней ефти. Нефтепромысловые воды, содержащиеся в составе НВСЭ приводят к сниже-ию почвенной кислотности, а нефть вызывает небольшое ее увеличение.
Загрязнение почвы НВСЭ вызвало значительное изменение катионного соста-а почвенного поглощающего комплекса. Наибольшее влияние на катионный состав казали нефтепромысловые воды, входящие в состав эмульсии (рис. 3.9). Получен-ые данные свидетельствуют об активном внедрении в ППК загрязненных почв об-[енного натрия, входящего в солевой состав НВ, и вытеснением им катионов опре-еляющих кислотные свойства - НҐ, А1 + и преобладающих в катионном составе не-агрязненных почв - Са2+, Mg2+.
Влияние нефтеводосолевой эмульсии на физические свойства
Важнейшим комплексным показателем состояния засоленных почв является еличина плотного остатка водной вытяжки. Плотный остаток характеризует общее оличество растворимых в воде минеральных и органических соединений, в первую чередь - легкорастворимых солей. Изменение величины плотного остатка в загряз-ённой почве в лабораторных условиях представлено в приложении 2.7.
Приведенные данные свидетельствуют, что на этот показатель очень значи-ельное действие оказали нефтепромысловые воды, содержащиеся в составе нефте-одосолевой эмульсии (рис. 3.44). При загрязнении почвы НВСЭ величина плотного остатка увеличилась на фоне невысо
НСРо5 - 0,20. Согласно группировки почв по степени засоленности для хлоридного типа по содержанию общего количества солей почва загряз енная первоначальной дозой НВ до 0,25 и 0,50 % плотного остатка, перешла в раз-яд сильнозасоленных, НВ до 0,75 % - солонцов.
Увеличение показателя плотного остатка обусловлено как прямым внесением егкорастворимых солей, входящих в состав НВ, так и повышением под их влияни-м растворимости минеральных и органических соединений почвы. Наблюдалась ильная прямая зависимость величины плотного остатка от дозы исходного внесе-ия НВ - чем больше доза загрязнителя, тем выше содержание плотного остатка в очве (г = 0,94 ±0,22). По полученным данным построена математическая модель, оторая с 88 % вероятностью позволяет проследить зависимость содержания плот-ого остатка в почве от исходного загрязнения НВ в составе НВСЭ через три меся-а после загрязнения (рис. 3.45). Эта закономерность четко просматривалась даже ерез три года после загрязнения (рис. 3.46). Корреляционный анализ также показал ильную положительную зависимость показателя плотного остатка от дозы исход-ого внесения НВ (г = 0,93 ±0,24). По полученным данным построена математиче-кая модель, которая с 86 % вероятностью позволяет проследить зависимость этих сказателей между собой через три года после загрязнения.
Зависимость содержания плотного остатка в почве от исходного загрязнения НВСЭ, три месяца после загрязнения. Лабораторный опыт « 5 1 У =1,1295х+0,0888 0,2 0,4 0,6 0,8 Исходное загрянение НВ, %
Рис. 3.46. Зависимость содержания плотного остатка в почве от исходного загрязнения НВСЭ, три года после загрязнения. Лабораторный опыт Нефть, содержащаяся в составе НВСЭ, через три месяца, не оказала влияния а изменение этого показателя (FP FT). Однако в большинстве случаев имелась тен-енция к некоторому снижению плотного остатка, обусловленная гидрофобными войствами нефти, затрудняющими переход солей в раствор.
За период наблюдений произошло уменьшение плотного остатка в почве за-рязнённой НВСЭ, в результате вымывания из неё части легкорастворимых соеди-ений (рис. 3.47). В большинстве случаев наибольшее снижение отмечено в вариан-ах с загрязнением почвы одними нефтепромысловыми водами. Прослеживалась за-исимость, чем выше была исходная доза загрязнения, тем большее количество со-динений вымылось за этот период. Из почвы с невысоким исходным загрязнением Ш до 0,25 % плотного остатка на третий год вымылось 55,1 % (относительные пробиты), средним (НВ до 0,50 %) и высоким (НВ до 0,75 %) - 69,7 и 69,8 % соответ-твенно. Почва загрязненная первоначальной дозой НВ до 0,25 % плотного остатка одорастворимых солей перешла в степень среднезасоленных почв, НВ до 0,50 % и 5 % - сильнозасоленных. В процессе минерализации нефти, входящей в состав ПВСЭ, произошло увеличение водорастворимых солей в загрязненной почве. Это бъясняется тем, что по мере минерализации нефти нарушается блокирующее дей-твие нефтяных пленок на поверхности почвенных агрегатов и соли постепенно пе-іеходят в раствор (рис. 3.48). А так как не было обеспечено промывания излишнего оличества водорастворимых солей, то по степени засоленности загрязненная почва юталась без изменений (кроме фона с исходным загрязнением НВ до 0,25 % плот-юго остатка - перешла в разряд среднезасоленных). Нефть замедлила процесс вы-іьівания солей из почвы, что значительно увеличивает период их реабилитации.
Изменение содержания плотного остатка в почве, загрязненной НВ 0,75 %+ нефть 5 %, за период наблюдений. Лабораторный опыт 1 Все изменения величины плотного остатка в почве, загрязнённой НВСЭ, под-верждаются данными содержания в ней ионов натрия и хлорида водной вытяжки, ходивших в состав НВ в больших количествах (прил. 2.8 и 2.10). Корреляционный нализ показал сильную прямую зависимость содержания натрия (г = 0,93 ± 0,09) и она хлорида (г = 0,96 ± 0,06) в водной вытяжке от % содержания плотного остатка в очве, загрязненной НВСЭ. По полученным данным построены математические мо-ели, позволяющие проследить зависимость этих показателей от величины плотного статка в загрязненной почве (рис. 3.49 и 3.50).
На второй год при загрязнении почвы НВСЭ, содержание хлорид-ионов со-тавило на фоне исходного загрязнения РІВ до 0,25 % на 0,09...0,13 % (абсолютные роценты), НВ до 0,50 % - на 0,16.. .0,25 и на фоне НВ 0,75 % - на 0,27.. .0,40 % вы-іе, по сравнению с контролем без загрязнения, при НСР05 - 0,03. (прил. 2.10).
Согласно группировки почв по степени засоленности для хлоридного типа по одержанню иона хлорида почва загрязненная первоначальной дозой НВ до 0,25 % лотного остатка водорастворимых солей перешла в разряд слабозасоленных, НВ до ,50 % - среднезасоленной и НВ до 0,75 % - сильнозасоленных. К концу третьего го-;а содержание водорастворимого хлора практически не изменилось (прил. 2.10).
Похожие диссертации на Влияние нефтеводосолевой эмульсии на свойства дерново-подзолистых суглинистых почв Среднего Предуралья и разработка научных основ их рекультивации
