Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Влияние автозаправочных комплексов на загрязнение городской среды 37
1.1. Общие положения 37
1.2. Экологическая оценка выбросов нефтепродуктов от АЗС 47
1.3. Физико-химические свойства бензинов 53
1.4. Особенности городских почв 70
ГЛАВА 2. Экологический мониторинг поставок нефтепродуктов в московский регион 81
2.1. Поставка дизельного топлива с НПЗ 81
2.2. Влияние моторного топлива на величину выбросов вредных веществ автотранспортом 85
2.3. Экспериментальная оценка качества топлива 95
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования по оценке экологического состояния почв в районах расположения АЗС 103
3.1. Методы статистического анализа 103
3.1.1. Кластерный анализ 103
3.1.2. Многомерный дисперсионный анализ 106
3.1.3. Методы сжатия экологической информации 108
3.2. Выбор параметров для экологической оценки техногенной нагрузки в зонах влияния исследуемых АЗС 113
3.2.1. Методы свертывания информации в экологическом нормировании 117
3.3. Экологическая оценка состояния окружающей среды в зонах влияния АЗС 119
3.3.1. Полигон исследований в зоне влияния АЗС № 1 (объект исследования № 1) 120
3.3.2. Полигон исследований в зоне влияния АЗС № 2 (объект исследования № 2) 130
3.3.3. Полигон исследований в зоне влияния АЗС № 3 (объект исследования № 3) 139
3.4. Качество окружающей среды в зонах влияния автозаправочных станций 153
ГЛАВА 4. Разработка рекомендаций по реконструкции нефтезагрязненных почв .. 160
4.1. Воздействие нефтяного загрязнения на почвы и растительные сообщества 160
4.2. Методы контроля почв 165
4.3. Методы рекультивации нефтезагрязнённых почв (земель) 172
Выводы 186
Список использованных источников 188
Приложения 204
- Экологическая оценка выбросов нефтепродуктов от АЗС
- Влияние моторного топлива на величину выбросов вредных веществ автотранспортом
- Выбор параметров для экологической оценки техногенной нагрузки в зонах влияния исследуемых АЗС
- Воздействие нефтяного загрязнения на почвы и растительные сообщества
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Политические и социально - экономические преобразования, произошедшие в нашей стране, способствовали развитию отечественного автомобилестроения и увеличению импорта иностранных автомобилей.
Значительный рост автомобильного парка в нашей стране, а также отказ государства от монополии на рынке нефтепродуктов сделали строительство новых и переоборудование существующих автозаправочных комплексов одним из наиболее стремительно развивающихся направлений деловой активности. Все большее количество наших автозаправочных комплексов (АЗК), как по дизайну, так и по применяемым техническим средствам и технологиям стало соответствовать мировым стандартам. Пропускная способность сегодняшней сети АЗК в несколько раз выше уровня начала 90-х годов. Выросло количество высокопроизводительных топливораздаточных колонок (ТРК) и увеличилась скорость заправки автотранспорта.
Однако проблема воздействия АЗК на почвы, водные объекты и атмосферный воздух остается недостаточно изученной. Мало публикаций по экспериментальным исследованиям в области оценки воздействия АЗК на окружающую среду, а имеющиеся работы носят либо постановочный, либо обзорный характер.
Анализ действующей нормативно-методической документации по размещению, строительству и эксплуатации АЗС показал, что они не содержат какой-либо оценки техногенного воздействия на окружающую среду, анализа приоритетности экологических проблем, а лишь общие требования и рекомендации практического характера (работы Н.Д.Антиповой, Е.Л.Беляевой, С.Р.Борисова, Л.В.Власова, В.Б.Мещерякова. И.Потравного и др.).
Актуальной экологической проблемой является воздействие АЗС на почвогрунты и грунтовые воды. Только в г. Москве более 950 АЗС, а это значит, что вместе с площадью санитарно-защитных зон около 8 % территории г. Москвы подвергается их техногенному воздействию.
Загрязняющие вещества могут поступать в геологическую среду в результате утечек из резервуаров, арматуры, трубопроводов и от проливов топлива во время заправки автомобилей и закачки резервуаров. Определенную роль в формировании загрязнения почвогрунтов играют выпадения из атмосферы и движение автотранспорта по территории АЗС.
Отечественные и зарубежные исследования внесли большой вклад в решение проблем городских почв, в т.ч. Зеликов (1964); Земляницкий (1966); Баширов (1966-1975); Лепнева и Обухов (1990); Никифоров, Лазуков (1995); Прокофьева, Konecka-Betley et al (1985); Bridges, Short et ab (1985); Graul (1992); Blume (1989); Bockheim (1975); Bridges (1989) и др.
Проблема нефтезагрязненных почв обостряется также из-за применения моторного топлива с опасными добавками и асфальтовым покрытием низкого качества, которое пропускает все вредные вещества, в том числе нефтепродукты, т.к. изготавливается с применением битума — канцерогенного нефтепродукта.
На современных АЗС, имеющих герметичное оборудование, вероятность подземных утечек топлива минимизирована, однако количество проливов у топливораздаточных колонок и на площадке слива топлива остается высоким (до 100 г на 1т бензина и 50 г на 1 т диз. топлива). От проливов, движения автотранспорта и атмосферных выпадений фиксируется высокое загрязнение поверхностного стока. По обобщению результатов исследований, выполненных на ряде АЗС в г. Москве, поверхностный сток содержит: нефтепродуктов - от 1,2 до 28,7 мг/л (ПДК - 0,05 мг/л), хлоридов -до 109мг/л, сульфатов - до 17мг/л, свинца- до 0,005мг/л, меди - до 0,05мг/л, цинка - до 0,08мг/л.
Влияние загрязненного поверхностного стока на геологическую среду особенно интенсивно, если отсутствует ливневая канализация и очистка стока. В настоящее время не все АЗС имеют закрытые системы водоотведения и очистные сооружения. Но даже в тех случаях, когда такие системы имеются, с не замощенных поверхностей, газонов и через трещины в дорожных покрытиях, часть загрязненного стока попадет в почвогрунты (от 10 до 30% объема).
Исследований по состоянию почвогрунтов в районе АЗС недостаточно. Это отчасти объясняется тем, что загрязнение почв нефтепродуктами в нашей стране не нормируется. Представляется, что с точки зрения комплексного воздействия на геологическую среду и биосферу такие исследования необходимы. Следует учитывать, что в составе нефтепродуктов присутствуют такие опасные вещества, как бензол, стирол, толуол, ксилол и др. По результатам исследований возможна разработка инженерных методов рекультивации и реабилитации нефтезагрязненных почв.
В почве возможно превращение нефти в более токсичные соединения, которые могут в ней адсорбироваться и накапливаться (Гончарук Е.И., 1986). Загрязненная почва может стать источником поступления токсикантов в организм человека по трофическим цепям: почва - растения - продукты питания, почва - грунтовые воды - человек, почва - атмосферный воздух -человек, что увеличивает риск возникновения экологически обусловленных заболеваний.
Литературные данные по загрязнению почв нефтью касаются в основном выбросов предприятий и рекультивации почв в районах аварийных разливов нефти (Глазовская М.А., 1977; Солнцева Н.П., Пиковский Ю.И., 1981 и др.). В немногочисленных работах гигиенического плана наиболее полно изучены закономерности циркуляции в окружающей среде, главным образом высоко сернистых (Деканоидзе А.А., 1984) и легких нефтепродуктов (Даукаев Р.Ф., 1985; Сафонников СМ., 1986; Трофимов С.С., 1987;
Пиковский Ю.И., 1988; Зубайдуллин, 1998; Лодоло А., 2003; Мещеряков СВ., 2003; Горький А.В., 2004; и др.).
Информация о гигиенической оценке загрязнения почвы нефтью, закономерностях миграции нефти в окружающей среде и трансформации с оценкой продуктов деградации практически отсутствует. Учитывая, что реакция различных почв на нефть зависит от ряда факторов (осадки, температура, содержание гумуса, гранулометрический состав почв и др.) разработка единых показателей и критериев крайне затруднительна.
Остается весьма актуальной проблема трансформации веществ в окружающей среде. Трудной задачей является прогнозирование поведения органических веществ под действием природных физико-химических факторов в условиях загрязнения окружающей среды, и в частности почвы (Малышева А.Г., 1997, 2004). Нуждаются в разработке методические подходы и методы контроля нефти в почве. Отсутствует информация о гигиенической оценке загрязнения почвы нефтью.
С гигиенических позиций особое беспокойство вызывает растущее загрязнение нефтяными углеводородами почвы населенных пунктов под влиянием антропогенного воздействия. Загрязненная почва населенных мест может стать источником постоянного опосредованного поступления нефтяных углеводородов по многочисленным трофическим цепям, что увеличивает риск возникновения и роста заболеваний, этиологически связанных с факторами окружающей среды.
Однако в доступной литературе, информация о гигиенической оценке антропогенно-загрязненных почв, закономерности поведения и процессы миграции нефтяных углеводородов и степень возможного негативного воздействия таких почв на условия проживания и здоровье населения практически отсутствует.
Все выше изложенное и определило актуальность исследований.
Учитывая общие тенденции развития экономической ситуации в стране, следует отметить, что только ориентация на инновационную деятельность, предполагающую создание современной техники, технологий и оборудования АЗК, а также внедрение новых технологий обслуживания потребителей, позволит российским производителям различных форм собственности удержать этот очень важный для экономики страны сегмент рынка и стабилизировать свою производственную и финансовую деятельность. В этих условиях формирование устойчивых представлений о принципах безопасного функционирования технологического оборудования на АЗК, весьма актуально, тем более, что большинство АЗС не отвечают современным технологическим и экологическим нормам. Рынок услуг автозаправочных станций с комплексом сопутствующего сервиса в столичном регионе относится к числу быстро растущих и очень перспективных.
Суммарный парк эксплуатируемых топливораздаточных колонок превышает 3000 единиц, суммарный объем ёмкостей превышает 70 тыс. куб. метров. Ежемесячно через московские АЗС реализуется около 400 тыс. тонн нефтепродуктов, в том числе около 300 тыс. т. в/о бензинов, около 50 тыс. т. низкооктанового и около 50 тыс. т. дизельного топлива.
По данным Управления транспорта и связи Правительства Москвы, как отмечалось выше, в Москве насчитывается более 950 АЗС. Крупными поставщиками являются «Лукойл», «Татнефть», «Славнефть», «Тюменская нефтяная компания», «ЮКОС». Мелкие и средние поставщики занимают 18% столичного рынка моторного топлива. В городе зарегистрировано более 3,8 млн. автомобилей (2002-2007). Потребляется более 4,5 млн. тонн бензина в год (2007г.).
Потери нефтепродуктов на АЗС России составляют более 160 тыс.тонн в год, из них потери при приёме и выдаче нефтепродуктов - 130 тыс. тонн в
год. Только 1 слив 3-5 м топлива в резервуар АЗС даёт потери до 6 кг (Щепакин М.Б., 2000 г).
Правительство Москвы приняло решение о введении сквозной системы контроля за качеством моторного топлива, который охватывал бы все этапы его реализации - от нефтеперерабатывающего завода до автозаправочной станции.
В 2001 г. на 200 проверенных АЗС (при участии автора) был выявлен 21% некачественного бензина. Таким образом, доля некондиционного моторного топлива на московском рынке фактически не уменьшилась. Кроме того, возросла реализация низкооктанового бензина.
По данным , в январе 2008 г. на территории города Москвы было проверено 22 АЗС. За продажу бензина, не соответствующего экологическим требованиям, было взыскано 1,6 млн. рублей с четырех АЗС («Интоп» - ул. Поляны, 12; «Шелл-Нефть» - Лермонтовский проспект, 151; «Лукойл» - ул. 5-я Сокольническая, 16; «Интероргсинтез» - Новоясеневский просп., 4).
По данным пресс-службы департамента природопользования и ООС Москвы в 2006-2008 году на 31 АЗС моторное топливо не соответствовало нормам технической документации (НТД), а на 29 АЗС моторное топливо не соответствовало экологическим требованиям.
Увеличение акцизов на топливо может стимулировать производство и продажу некачественного бензина, поэтому «сегодня необходимо безотлагательно принять превентивные меры». В этих целях предусмотрено ужесточить меры контроля за качеством автомобильного топлива в Москве и в Московской области, где расположено большинство баз хранения нефтепродуктов. Планируется также ежегодно осуществлять проверки не менее четверти городских АЗС. Предполагается также создать специализированное подразделение милиции по борьбе с фальсифицированным топливом или возложить эти функции на экологическую милицию.
Важной проблемой остается утилизация некачественного бензина. Сегодня рассматриваются несколько проектов: топливо, не представляющее серьезную угрозу для окружающей среды планируется перерабатывать, а экологически опасное - накапливать в специальных могильниках и уничтожать.
Проблема обеспечения экологической безопасности при эксплуатации автозаправочных станций (АЗС) и автотранспортных предприятий является актуальной во всем мире, но особенно остро проявляется в России, в каждом городе и, в частности, в таком крупнонаселенном как Москва, где проживает 9% населения Российской Федерации и где в загрязнении воздушного бассейна вносит наибольший вклад автотранспорт — 92%, а количество автомобилей достигло уже 3,8 млн и намечается дальнейший их рост.
Если на предприятиях существуют более или менее эффективные системы очистки, уменьшающие экологическую опасность производства, то автотранспорт представляет собой практически не контролируемый многопрофильный источник загрязнений. На сегодняшний день контролируется содержание СО, СН и др. в выбросах двигателей, но этого совершенно недостаточно. В городе в последние годы увеличилось число автозаправочных станций что обусловлено реальными потребностями. Но при этом неизбежно возрастает их негативное воздействие на окружающую среду, обусловленное загрязнением ОС нефтепродуктами. Автозаправочные станции город - часть транспортной системы города - представляют собой постоянно действующий источник загрязнения окружающей среды, изучение которого необходимо для прогнозирования их экологической опасности, решения задачи ограничения их деятельности в социально приемлемых и технологически достижимых пределах.
Автозаправочные станции являются объектом транспортной инфраструктуры, распространены они по городу не равномерно. Лет двадцать назад АЗС действительно располагались по городу более-менее
ровно - были привязаны к автохозяйствам, а сейчас - к транспортным потокам и зависят от их интенсивности.
Для европейских столиц, где экологическая обстановка вокруг АЗС такова, что позволяет встраивать их в жилые здания без ущерба для жителей. Экологические проблемы АЗС не решены в нашей стране. Транспорт, особенно грузовой, создает значительную экологическую опасность. Но такую же, если не большую опасность создают и некоторые наши АЗС, и это при том, что московские строительные нормы считаются среди работников топливной сферы довольно жесткими. Из-за этого Москва как перспективный рынок строительства АЗС, по их мнению, почти иссякла. Те же автозаправки, которые строятся сейчас, являются не более чем отголосками топливной программы 1993 - 1997 гг. - участки под их строительство были выделены именно тогда. Топливную программу посчитали выполненной: Москва хоть и отстает от европейских столиц по соотношению заправочных станций к автомобилям, но потребности автовладельцев в топливе удовлетворяет.
Тем временем 950 имеющихся в наличии столичных АЗС ежегодно выбрасывают в атмосферный воздух более 3 тыс. тонн нефтепродуктов: день - заправка автомобилей, ночь - заправка самой заправки, и бензиновое облако висит круглосуточно. И выбрасывали, примерно, по столько же с самого начала топливной программы. Программа закончилась, а "Правила предотвращения выбросов паров моторного топлива в окружающую среду на объектах топливного рынка города Москвы" были разработаны и внедрены постановлением правительства Москвы № 663 только к 1 сентября 2005 года.
Проливы и утечки нефтепродуктов в процессе эксплуатации автомобильных заправочных станций являются значительным фактором загрязнения воздуха, почвы, водоемов. -Доля АЗС в общей эмиссии загрязнения атмосферного воздуха крупных городов составляет 8-10%. По характеру воздействия источники загрязнения окружающей среды АЗС разделятся на постоянно : действующие, периодические и случайные.
К первой группе источников загрязнения относятся большие и малые "дыхания" резервуаров; вентиляция резервуаров с нефтепродуктами в результате недостаточной их герметизации; выбросы паровоздушной смеси из баков автомобилей при заправке; выхлопные газы автомобильных двигателей на территории АЗС. Источники этой группы загрязняют, главным образом, атмосферный воздух на территории вокруг АЗС.
Ко второй группе источников загрязнения относятся: проливы нефтепродуктов при сливе из автоцистерн в резервуары АЗС; проливы нефтепродуктов при заправке автотранспорта.
К третьей группе источников загрязнения относятся: утечки и проливы нефтепродуктов при ремонте и обслуживании технологического оборудования АЗС; аварийные утечки нефтепродуктов в результате нарушения герметичности гидравлической системы (резервуаров, трубопроводов, шлангов, колонок и т.п.).
Источники второй и третьей групп приводят к загрязнению нефтепродуктами почвы, водоемов и подземных инженерных сооружений.
Значение отдельных составляющих к общей эмиссии загрязнения зависит от технических параметров оборудования, его состояния, квалификации и дисциплины персонала.
Ориентировочные значения отдельных источников в общей эмиссии загрязнения (%) составляют:
Проливы при заправке автотранспорта 30
Проливы при сливе нефтепродуктов из автоцистерн 25
Проливы и утечки нефтепродуктов при обслуживании
и ремонте технологического оборудования 20
Утечки нефтепродуктов
из-за неисправности оборудования 15
Другие источники 10
Загрязнение грунтов и подземных вод на территориях АЗС и других объектов нефтепродуктообеспечения обусловлено утечками нефтепродуктов.
Причинами утечек могут быть разные дефекты и разгерметизация резервуаров, аварийные проливы, потери при наполнении и опорожнении резервуаров и других емкостей, неисправности технологического оборудования.
Основная особенность утечек заключается в том, что они носят неравномерный по площади и во времени характер. В отличие, например, от земляного накопителя сточных вод, утечки из которого происходят постоянно и практически по всей площади накопителя, на объектах нефтепродуктообеспечения утечки происходят в отдельных точках, причем их местоположение может меняться во времени.
Например, утечки нефтепродуктов со скоростью две капли за 1 сек приводят к их потерям 130 л/мес. Утечки в виде капель, переходящих в тонкую струю, достигают 200 л/мес, а истечение в виде струи толщиной 2,5 мм приводит к потерям до 2,5 м /мес.
Другая важная особенность утечек на объектах нефтепродуктообеспечения заключается в том, что они происходят (или могут происходить) в течение всего срока функционирования этих объектов. Поэтому, несмотря на ограниченность во времени каждой отдельной утечки, вследствие попеременного возникновения утечек будет происходить постоянное загрязнение территории объекта в течение всего срока его существования и эксплуатации.
Загрязнение территорий объектов нефтепродуктообеспечения выражается, главным образом, через загрязнение подземных вод и грунтов. Попадающие на поверхность нефтепродукты фильтруются вертикально через толщу грунтов зоны аэрации и достигают уровня грунтовых вод, где происходит их накопление и растекание по водоносному горизонту.
Загрязнение грунтов и подземных вод на территории объекта распределяется неравномерно по всей площади, а в виде отдельных пятен, приуроченных к местам утечек нефтепродуктов.
Основными загрязнителями атмосферы на современных АЗС являются: эмиссии паров бензина из дыхательных клапанов при сливе топлива из бензозаправщиков, эмиссии паров бензина из горловин бензобаков заправляемых машин и выхлопные газы от движения автомобилей на территории АЗС, преимущественно -окислы азота, окись углерода и углеводороды. Доли этих источников в общем выбросе с площадки АЗС распределяются примерно следующим образом: 40-45% - выбросы из дыхательных клапанов резервуаров, 40-45% - суммарные выбросы из горловин бензобаков заправляемых автомобилей на ТРК и около 10-20% — выхлопные газы при движении автотранспорта по площадке, включая бензовозы.
Часть этих факторов может быть ликвидирована с помощью организационно-технических мероприятий, а часть их требует создания специального экологически чистого оборудования.
Например, в процессе эксплуатации резервуаров, чем больше объем их свободного пространства, тем интенсивнее идет испарение находящегося в нем нефтепродукта, и чем больше промежуток времени до полного заполнения резервуара, тем выше концентрация паров нефтепродукта в его газовом пространстве.
При сливе нефтепродукта в резервуар помимо вытеснения паров из его газового пространства происходит дополнительное интенсивное испарение нефтепродукта в случае его слива "падающей струей", что значительно увеличивает концентрацию паров в газовом пространстве. ,
Согласно данным отечественных и зарубежных исследований, при сливе бензина в резервуары, заполненные на 90%, потери от испарения в 7-8 раз меньше, чем в.резервуарах, заполненных на 15-20%.
Потери нефтепродуктов из резервуаров от испарения - прямо пропорциональны времени их заполнения. Так, сокращение времени слива нефтепродукта в резервуар в 2 раза соответственно приведет к уменьшению потерь в 2 раза.
Негерметичность резервуаров и подведенных к ним трубопроводов из-за их старения, некачественного изготовления и монтажа, пробоин, осадки грунта и т.д. приводит к значительным потерям светлых нефтепродуктов, обнаружить которые затруднительно даже в незаглубленных резервуарах в связи с их быстрым испарением.
Экспериментально установлено, что одна капля бензина диаметром 1 мм при температуре 20 С полностью испаряется за 3 сек., а диаметром 0,01 мм - за 0,2 сек.
Загрязнение атмосферы парами нефтепродуктов оказывает вредное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. Пары нефтепродуктов относятся к IV группе вредности. Однако они могут вызывать удушье, так как в безветренную погоду могут находиться над поверхностью грунта, особенно при расположении АЗС в низинных местах. Кроме того, смесь углеводородов с окисью азота в воздухе способствует фотохимическому образованию таких вредных соединений, как озон, пероксилацетилнитраты, альдегиды, аэрозоли.
Эти вещества раздражают слизистую оболочку глаз, повреждают растительность, некоторые из них являются канцерогенными.
Уменьшение испарений углеводородов является наиболее эффективным способом борьбы с фотохимическими загрязнениями атмосферы.
Расчеты показывают, что в России только АЗС общего пользования выбрасывают в течение года более 140 тыс.т паров углеводородов.
Для сравнения можно привести данные по странам Европы.
АСЗ Германии ежегодно выбрасывают 145 тыс. т паров углеводородов, АЗС Англии более 120 тыс. т.
Эти цифры приведены без учета выбросов паров углеводородов, которые происходят при работе двигателей автомобилей.
Величина этих выбросов примерно в 4 раза превышает указанные цифры.
Только на внедрение систем сбора паров на АЗС при заправке автомобилей в Германии инвестирован 1 млрд. марок, а на внедрение на автомобилях угольных фильтров - 2,5 млрд. марок. ПДКМ.Р. паров бензина для атмосферного воздуха населенных мест — 5 мг/м3, предельно допустимая концентрация для "рабочей зоны" - ПДК — 100 мг/м3.
Средние максимально-разовые значения вредных выбросов паров бензина в атмосферу при заправке одного автомобиля на современных ТРК составляют 0,15-0,25 г/с, а средние максимально разовые значения выбросов паров бензина при сливе топлива из бензозаправщика - 0,75-1,2 г/с.
Проведенные институтом геобиосферных исследований РАН РФ измерения на действующем многофункциональном автозаправочном комплексе, обслуживающем, главным образом, легко вые автомобили показали, что уровень загрязнения на заправочной станции локализуется, в основном, в непосредственной близости зоны ТРК и зоны слива топлива в резервуары. На остальной территории комплекса загрязнение ниже ПДКм.р., а уже на границе площадки АЗС при различных метеоусловиях загрязнение не превышает 0,5 ПДКМР.
Однако анализ заболеваемости людей, проживающих вдоль автомагистралей и вблизи АЗС показал, что население в этих зонах чаще болеет аллергическими заболеваниями, чаще поражается сердечнососудистая система, легочная система, возрастает рост онкологических заболеваний. Это вызвано воздействием на те или иные системы человека выбросов автотранспорта содержащих более 200 вредных компонентов.
Необходимо сформулировать несколько основных принципов при соблюдении которых выбросы загрязняющих веществ на АЗС не будут превышать допустимый уровень.
Первое - это технические мероприятия по улавливанию паров бензина при сливе топлива в резервуары (стадия 1) и при заправке автомобилей на АЗС (стадия 2).
Второе - это локальные очистные сооружения на АЗС от нефтепродуктов.
На автозаправочных станциях чаще всего применяются локальные очистные сооружения (песколовки, нефтеловушки, станции нейтрализации, флотационные установки и т.д.), строительство которых позволит исключить сброс загрязненных сточных вод, и после которых предварительно очищенные сточные воды передаются на очистные сооружения других предприятий, включая городские очистные сооружения.
Локальные очистные сооружения на АЗС должны обеспечивать очистку поверхностных сточных вод при проливах нефтепродуктов, аварийных ситуациях, общей загрязненности территории автозаправочной станции.
Основными требованиями при рассмотрении и согласовании проектной документации в части очистки поверхностных сточных вод должны быть следующие: правильное планировочное решение территории объекта, обеспечивающее полный прием поверхностного стока дождевой канализации, обеспечение очистными сооружениями приема расчетного дождя или расчетного расхода в соответствии с технологическими решениями, заложенными в проектах очистных сооружений, нормативным требованием к очистке поверхностного стока, надежность и экологичность очистных сооружений, круглогодичный режим работы, наличие мероприятий по защите конструкции очистных сооружений от коррозии.
Основным показателем работы очистных сооружений является качество очистки.
Промышленные и сточные воды перед сбросом с территории АЗС в городскую водосточную сеть или водоемы должны быть очищены в соответствии с существующими нормативными требованиями до концентрации в них нефтепродуктов - 0,05 мг/л. Концентрация взвешенных веществ не должна превышать 10,5 мг/л.
Нефтепродукты просачиваются в почву с грунтовыми водами и проникают даже в подземные реки. В результате около АЗС доминируют сорняки, не боящиеся даже пестицидов.
При распределении нефтепродуктов их грузопотоки дробятся на небольшие партии, отправляемые автоцистернами на автозаправочные станции, а хранение их производится в относительно небольших резервуарах АЗК. Это ведет к увеличению потерь углеводородов.
Основным источником попадания нефтепродуктов в землю являются выбросы автотранспорта, углеводороды, попадающие в почву с талым снегом и дождевыми стоками, утечки на объектах их хранения и переработки, несанкционированные свалки строительного и бытового мусора, проливы при заправке автотранспорта топливом и др.
Нефтепродукты являются токсичными веществами третьего класса опасности. Попав в грунт, они образуют пленку, ухудшающую воздухо- и водообмен. В результате погибают все растения и микроорганизмы.
Процесс разложения нефтепродуктов протекает крайне медленно. За три-четыре года происходит окисление некоторых компонентов. Образуются пирены, которые через 25-30 лет превращаются в самые токсичные вещества первого класса опасности — бенз(а)пирены. Они могут спровоцировать раковые заболевания.
Под действием нефтепродуктов почва с течением времени разрушается. Зараженная пыль разлетается по городу, вызывая заболевания верхних дыхательных путей.
По данным Б.Самойлова (2007, ВНИИ охраны природы), через 1-2 года в радиусе 100 м от АЗК исчезают все лесные травы, покидают это место птицы и животные уже в первые несколько месяцев работы:- АЗК «наступают» .на парковые и даже на особо охраняемые природные территории Москвы, водоохранные зоны, что усиливает экологическую опасность для всех живых систем и для населения города.
29 АЗС Москвы работают с нарушением экологического законодательства (2007г., ВНИИ охраны природы).
Автозаправочные станции подразделяются на следующие виды:
стационарные;
передвижные;
контейнерные.
Стационарные АЗС (рис.1) — это такие АЗС, которые располагаются в населенных пунктах, а также на автомобильных дорогах и представляют собой комплекс строений для приема, хранения и отпуска нефтепродуктов с наземным или подземным размещением резервуаров и со стационарно установленными топливораздаточными колонками.
Рис. 1. Стационарная АЗС
Передвижные АЗС (рис. 2) представляют собой комплексную установку технологического оборудования, смонтированного на автомобильном шасси или прицепе, для транспортировки и выдачи нефтепродуктов. Передвижные АЗС разрешается использовать только в определенных случаях, а именно для реализации населению печного топлива, а также для реализации горючего на месте расположения стационарных АЗС в случае проведения их ремонта или чистки резервуаров.
Рис. 2. Передвижная АЗС
Контейнерные АЗС (рис.3) представляют собой установку для хранения и отпуска нефтепродуктов, состоящую из резервуара и топливораздаточной колонки, сблокированных в едином контейнере. Использование контейнерных АЗС разрешено только в автохозяйствах, на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, платных стоянках автомобилей, моторных лодок и катеров, пристанях, в гаражных кооперативах и сельской местности, где отсутствуют стационарные АЗС.
Рис. 3. Контейнер хранения топлива контейнерной АЗС с одностенными резервуарами
При оценке АЗС должны учитываться показатели по следующим четырем группам требований:
Группа 1. Соответствие правилам безопасности:
экологическая безопасность;
пожарная безопасность;
электробезопасность;
санитарно-гигиеническая безопасность;
соответствие территории нормам безопасности.
Группа 2. Соответствие требованиям обеспечения чистоты и качества реализуемого моторного топлива:
организация контроля качества моторного топлива при его получении
и реализации;
своевременность и качество обслуживания резервуаров, трубопроводов и заправочного оборудования;
квалификация персонала;
отсутствие жалоб потребителей.
Группа 3. Соблюдение технологии производственных процессов:
наличие нормативной документации и ведение установленных форм технологической документации;
обеспеченность технологическим оборудованием, его техническое состояние и поверка;
состояние производственных сооружений и энергетического оборудования;
использование передовых технологии.
Группа 4. Соответствие современным требованиям обслуживания потребителей:
качество и культура обслуживания; наличие информации;
дополнительные услуги (стоянка, техническое обслуживание и
ремонт автомобилей, питание, мойка, связь, торговля, туалет, отдых);
ассортимент предлагаемых товаров (моторное топливо, масла,
сопутствующие товары);
озеленение и благоустройство территории;
удобство подъезда и въезда, схема движения, знаки;
наличие навеса над зоной обслуживания. Общегосударственный межведомственный орган за контролем
качества почв и других компонентов окружающей среды в бывшем СССР образован в 1978 г, (ныне Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации). На него возложили контроль за уровнем загрязнения среды веществ (ПДВ). В число наиболее значимых экотоксикантов вошли радионуклиды (РН), тяжелые металлы (ТМ) и остатки пестицидов. Однако, кроме перечисленных загрязнителей большую опасность представляют органические поллютанты: нефть и нефтепродукты, диоксины, полихлорированные бифенилы, без(а)пирен и другие соединения органической природы. (Ю. В. Алексеев, А. В. Литвинович, 1999).
20 лет существования системы мониторинга доказали ее необходимость, а также вскрыли все сложности процесса ее реализации. Задачи почвенного мониторинга и общие принципы его были рассмотрены в работах Израэля с соавторами в 1978 г., Добровольского с соавторами в 1983 г. и др. Согласно действующему ГОСТУ мониторинг химического загрязнения почв - это система регулярных наблюдений включающая: наблюдения за фактическими уровнями загрязнения; прогнозирование уровней загрязнения; оценку последствий фактического и прогнозируемого уровня загрязнения. Из этих задач наиболее полно в настоящее время решается первая и практически не изучены пути решения последней. На сегодняшний день оценка состояния загрязнения почв строится на сравнении фактических уровней содержания изучаемых элементов с «фоновым» их содержанием, характеризующим нормальное состояние почв в данном регионе или имеющемся санитарно-гигиеническом нормативом. Преимущество такого норматива в том, что он позволяет отличить
естественные колебания от антропогенных воздействий на момент сравнения. Разработка санитарно-гигиенического норматива - длительный и трудоемкий процесс, т.к. осуществляется на основе определения ряда показателей: общесанитарного, органолептического, фитоаккумуляционного, миграционного (водного и воздушного), токсикологического.
В настоящее время ПДК разработаны только для 64 пестицидов из 182 (Соколов и др., 1994) При этом нормируется наиболее опасные загрязнители в порядке из приоритета. Для малоопасных соединений предложено ограничиваться ОДК - ориентировочно допустимыми концентрациями. С другой стороны выделяют большую веществ называемых суперэкотоксикантами, обладающими сенсибилизирующим действием и сверхаккумуляцией. Эти вещества являются потенциальными мутагенами и канцерогенами и для них понятие ПДК теряет смысл (Кунцевич. 1991 г.) К ним относятся диоксины, дибензофураны, безантрацены, нитрозамины и нафтил амины.
Наиболее сложно обстоит дело с разработкой для почв ПДК тяжелых металлов (ТМ). Под предельно допустимым количеством ТМ в почве следует понимать такую их концентрацию, которая при длительном воздействии на почву и на произрастающие на ней растения не вызывает каких-либо патологических изменений или аномалий в ходе биологических процессов, а также не приводит к накоплению токсических элементов в сельскохозяйственных культурах и, следовательно, не может нарушать биологический оптимум для с.-х. животных и человека (Алексеев Ю.В., 1987).
В начале 80-х годов МЗ СССР в приказном порядке ввело ПДК для семи элементов (As, Сг, Но, Mn, Pb, St, V) по их содержанию в почве. В 1989 году ЦИГАО ввело нормативы для шести элементов (Си, Zn, Ni, Со, F).
Для Си, Zn, Ni установлены ОДК, соответствующие превышению их валового содержания в почве над фоновым (фон + X).
Установленные нормативы оказались малопригодными для почв, прежде всего, из-за стремления разработчиков придать им статус универсальности (пригодности для всех типов). Они оказались слабо гигиенически обоснованы, в них не учтены возможные явления синергизма и антогонизма при переходе металлов в растения из почв при наличие в них двух или нескольких металлов (Ильин, 1990). В настоящее время это положение частично исправлено принятием в 1994 году ОКД шести элементов (As, Pb, Си, Cd, Ni, Zn) с учетом физико-химических свойств почв. Существенным недостатком разработанных ГТДК является нормирование по валовому содержанию металлов.
О степени опасности загрязнения ТМ почв можно судить по содержанию их подвижных и доступных для растений форм. Не случайно поэтому в нашей стране и за рубежом ведется интенсивный поиск экстрагентов (и условий экстракции), пригодных для извлечения обратимо сорбированных металлов (Зырин и др., 1974; Sonn Y.K., Bates Т.Е., 1982). В настоящее время наиболее широко используемый для этих целей является IM-ацетатно-аммонийный буфер и I и HCI. Необходимо отметить также явный абсурд ПДК некоторых элементов. Так, для мышьяка установлена предельная концентрация в почве 2 мг/кг, в то время как среднее содержание мышьяка в незагрезненных почвах 6 мг/кг.
Все сказанное о нормировании относится к токсиколого-гигиеническому нормативу, который, в конечном счете, призван обеспечить охрану почв как природного тела. Что же касается эколого-токсикологических нормативов при разработке ПДК чужеродных для почвы соединений, то их принципы окончательно еще не сформированы. Отсутствует и единая методическая основа мониторинга качества почв.
Эффективный мониторинг может быть возможен при согласованном выборе небольшого числа информированных почвенных показателей, контроль за которым будет доступен массовым лабораториям. Перспективы в
этом плане биоиндикаторы Они обладают рядом преимуществ по сравнению с абиотическими индикаторами:
могут реагировать на относительно слабые нагрузки;
суммировать действие всех без исключения биологически важных антропогенных факторов в окружающей среде;
исключается необходимость регистрации химических и физических параметров, характеризующих состояние окружающей среды;
указывают пути и места скопления в экологических системах различного рода загрязнений, возможные пути попадания этих агентов в пищу человека;
только применение биологических индикаторов позволяет судить о степени вредности загрязняющих веществ для живой природы (Криволуцкий и др., 1988).
На практике для объективной оценки действия загрязнителей на почву используется широкий круг индикаторных процессов и тестов: интенсивность «дыхания почвы, скорость ассимиляции углеводов почвенной миктобиотой, интенсивность биодеструкции глутаминовой кислоты, активность почвенных ферментов, активность нитрафикации, активность несинбиотической азотфикации, целлюлозолитическая активность, депрессия роста био- и фитотестов, нарушение поведения простейших организмов гидробионтов (в почвенном растворе или водной вытяжке из почвы) (Моргун, 1990). Считается, что при выборе индикаторных процессов и тест-организмов предпочтение следует отдавать регистрации функциональных экологических изменений отдельных индикаторных процессов биоты, а не изменению ее структуры, численности или биомассы, т.к. эти показатели являются более консервативными (Соколов и др., 1994).
Номенклатура показателей почв при химическом загрязнении является главнейшей частью программы почвенного мониторинга, а ее отсутствие ограничивает обобщение и практическое использование уже имеющихся сведений.
Для успешного проведения мониторинга необходим наблюдательный комплекс с соответствующим техническим оснащением, специально обученным штатом наблюдателей и технических работников, способных обеспечить надежную и бесперебойную работу приборов и систем, как стационарных так и мобильных передвижных лабораторий. Измерительный комплекс является основой экологического мониторинга и требует первостепенного внимания в процессе организации и эксплуатации (Керженцев, 1990). От надежности его работы зависит оперативность информации о состоянии почв и их изменениях под влиянием антропогенных воздействий.
В целях объективной оценки уровня и площади загрязнения важно располагать стандартизированной и систематизированной методологией выбора участка для наблюдений, количества индивидуальных почвенных проб для составления представительного смешанного образца и способа отбора. На сегодняшний день единой методики отбора проб для оценки уровня загрязнения нет. Предлагается контрольные участки закладывать на разных элементах рельефа по 8 румбам на расстоянии 0,5; 1; 2; 3; 4; 6; 8; 10; 20; 30 км от источника загрязнения, а наблюдения осуществлять один раз в пять лет (Временные методические ..., 1993). Площадь пробного участка должна составлять 1 га. В работах (Алещукин, 1980; Свинец в окружающей среде, 1987; Важенин и др., 1989 и др.) указывается на высокую вариабельность содержания загрязнителей в почве вблизи источников, генерирующих выбросы. Причем пестрота содержания может быть настолько значительна, что в работе Бериня с соавт. (цит. по Ильин, 1990) предложено привлекать показатель вариабельности в качестве дополнительного диагностического признака, указывающего на загрязнения. При естественной вариабельности ТМ от 15 до 20 % (коэффициент вариации) в техногенных ландшафтах она увеличивается от 30 до 120 % (Свинец в окружающей среде, 1989)
Учитывая это обстоятельство, при создании смешанного образца предложено усреднять 40 индивидуальных почвенных проб на расстоянии 5 км от предприятия, на расстоянии 5-10 км - 30 , далее 10 км - 20 проб (Важенин и др., 1989). В работе Важенина рекомендовано отбирать пробы по диагонали контрольного участка, тогда как в работе Ильина (1990 г.), методом конверта. Есть и другие методики и рекомендации.
Помимо индикаторных тестов загрязнений предложен подход к нормированию загрязнителей в почвах, состоящим в оценке изменений результатирующих свойств почвы: стабильность урожая продуктивность почвы, ее самоочищающей способности (Израэль, 1984; Обухов, 1978)
А.И. Обухов полагает, что снижение урожая сельскохозяйственных культур на 15 % указывает на сильное загрязнение почв. Недостаток этого подхода в том, что плодородие - достаточно стабильный признак и зависит не столько от активности почвенной биоты, сколько от консервативных признаков почв: наличия питательных элементов, значения рН, содержания гумуса и др. Поэтому реальна ситуация, когда загрязненная почва еще долго может обладать плодородием, хотя продукция по санитарно-гигиеническим критериям окажется непригодной.
Несмотря на существующую в течение почти двух десятилетий систему мониторинга загрязнений природных сред, реализуемую учреждениями Госкомгидромета в рамках Общегосударственной службы наблюдения, в атмосферу продолжает выбрасываться значительное количество вредоносных веществ. Площадь сверхнормативно загрязненных земель на сегодняшний день составляет в странах СНГ 10 млн. га, 5-6 млн. сельскохозяйственных угодий (Важенин, 1989). Большое количество работ посвящено также мероприятиям по рекультивации (Обухов, 1990; Галиулин, 1994).
Если считать важнейшим показателем загрязнения уровень подвижности химических элементов в почве, то под устойчивостью к загрязнению следует понимать способность почв переводить загрязнение
вещества в прочно фиксируемое состояние. Устойчивость почв к загрязнению преимущественно обусловлена такими свойствами, как емкость катионного обмена, рН, содержание гумуса. Очевидно, что и мероприятия по рекультивации загрязненных земель должны основываться на увеличение поглотительной способности почв и оптимизации почвенной кислотности.
Минимизация экологической опасности автотранспортных дорог, автотранспортных средств и станций обслуживания автотранспортных средств (АЗС и др.) — это первостепенная проблема Москвы и России в целом, которая не нашла своего решения.
Мероприятия, предусматривающие экологическую оптимизацию территория автотранспортных дорог и предприятий по их обслуживанию достаточно разнообразны. Наиболее объективные из них:
Сложность, а в условиях Москвы и сверхсложность обоснования методологии и осуществления проектирования и создания транспортной инфраструктуры, поддержания ее надежности и устойчивости, планирования и оптимальной организации внутригородского дорожного движения, в особенности при значительных пространствах городских административных центров, дифференцированности и взаимной территориальной отдаленности городских функциональных зон, многополосности магистралей, проспектов и улиц (см.: Сигаев, 1972; Кудрявцев и соавт., 1978; Nowakowski, 1978; Красников, 1988; Клинковштейн, Афанасьев, 1992; Сардаров, 1993; Зенцов, 1999; Зенцов и соавт., 1999, и др.);
Непрекращающееся совершенствование мероприятий и технологий, 'обеспечивающих соблюдение норм безопасности дорожного движения, предусматривающих безопасность для населения, водителей, пассажиров, специалистов по обслуживанию дорожной сети и автотранспортных средств, для природной среды и, безусловно, для инспекторов, контролирующих дорожное движение (см.: Талицкий и соавторы, 1988; Мишурин, Романов, 1990; Глушко, Клюев, 1991; Новые подходы к повышению безопасности
дорожного движения, 1991; Кравченко, Кирьянов, 1997; Федоров, 1998, и
др);
3. Непрекращающееся совершенствование двигателей, энерго
источников, механического устройства, материалов и структуры шин колес, а
также совершенствование иных составляющих автотранспортных средств и,
вместе с тем, строительных и отделочных материалов, используемых для
создания и при эксплуатации дорог (в том числе полимерных),
способствующее лишь максимально возможному уменьшению (в частности,
при использовании экомобилей), но не предотвращению возникновения и
проявления активности химических, физических, химико-физических,
физико-химических повреждающих агентов, характеризующихся
патогенностью, способностью вызывать возникновение нарушений
экологических систем - экоплагогенез (см.: Слепян, 1997 в) и ограничивать
способность нарушенной природной среды к естественному и к искусственно
управляемому восстановлению - экореставрогенезу (см.: Слепян, 1984 б), в
том числе и к химическому самоочищению (см.: Звонов, 1973; Фельдман,
1975;Жегалин,Лупачев, 1985;
Евгеньев, Савин, 1989; Грушко и соавторы, 1991; Малкин, 1991; Буренин, 1992; Платонов, 1994; Ковальчук и соавторы, 1999; Козлов и соавторы, 2000, и др.);
Разработка стандартизированного документа «Экологический сертификат станции обслуживания автотранспортных средств» и внедрение в практику.
Диагностика экологического состояния территорий станций обслуживания автотранспортных средств.
Идентификация и количественная характеристика ореолов рассеяния экологически опасных и патогенных. химических соединений (в первую очередь углерода оксидов, азота оксидов, полициклических ароматических углеводородов, ионов тяжелых металлов, галогенорганических и
галогеннеорганических соединений) и их фильтрации в почвенный покров и грунтовые воды.
Установление количественных характеристик самоочищения почвенного, грунтового покровов и асфальтового, керамического и иных покрытий дорог.
Непрекращающееся повышение экономичности использования энергоносителей и энергетических источников вне зависимости от их материальной природы (продуктов нефтепереработки, газофазного горючего, солнечной энергии, и т.д.) с учетом улучшения их экологических характеристик и характеристики присадок и добавок, также технологий очистки (см.: Ежевский, 1990; Григорьев и соавтроры, 1997; Васильев и соавторы, 1992; Карбанович, 1998; Гусев и соавт., 1996; Данилов, 1996; Пополов, 1996, и др);
Непрекращающееся химическое загрязнение прилегающих к автотранспортным дорогам территорий и акваторий, обусловленное в первую очередь выбросами автомобилей, - дисхемия, сочетающаяся с уплотнением и переуплотнением почвенного покрова (в том числе и в результате вибрационного воздействия), а также с увеличением напряженности физических полей (прежде всего электромагнитного, акустического и термического), соответственно (Слепян, 1984 г.) с дисмагнетизмом, дисэлектрией, дисфонией и дистермией, как обусловленными так и не обусловленными транспортными потоками (см.: Дробот и соавт., 1979; Фоменко и соавт., 1979; Качалова, 1980; Подгорный, 1984; Тольский, 1988; Воронин, Перший, 1994; Ложкин и соавт., 1996, и др.).
Цель работы: - оптимизация структуры и размещения АЗС на основе экспериментального изучения техногенного воздействия АЗК на загрязнение почв нефтью и разработка на основе полученных данных научно-обоснованных рекомендаций по повышению экологической безопасности АЗК.
Учитывая отсутствие достаточного количества данных по состоянию экосистем в зонах влияния автозаправочных станций и их влиянию на ОС, в диссертационной работе ставились следующие задачи в области экодиагностики и экопрогнозирования деятельности АЗС:
Задачи исследования:
провести экспериментальные исследования по оценке уровня загрязнения почв в районах расположения АЗС с обоснованием методики исследований;
рассчитать количество выбросов нефтепродуктов от АЗС;
рассмотреть физико-химические свойства бензинов;
оценить экологичность топлива, поставляемого на АЗС;
изучить состояния почвы и почвенной биоты в зонах влияния АЗС, отличающихся по времени хозяйственной деятельности, по расположению относительно других сильнодействующих источников загрязнения ОС;
определить индекс экологической нагрузки в зонах влияния выбранных АЗС;
разработать рекомендации по рекультивации почв;
выработать рекомендации по изменению объемов хозяйственной деятельности АЗС в социально значимых и технологически достижимых пределах;
рассмотреть альтернативные виды топлив (природный газ и др.) и сравнить их характеристики.
Область исследования: автозаправочные комплексы различной производительности, функционирующие в г. Москве в границах промплощадок и СЗЗ (50-100 м от границы промплощадки); моторное топливо.
Предмет исследования: изучение уровня и состава загрязнения почв в районах расположения АЗС (АЗК), оценка взаимосвязи с факторами, определяющими условия его формирования.
Сравнительный анализ загрязнения почв в районе АЗС с уровнем загрязнения чистой территории (эталоном). Методы локализации загрязнения почвогрунтов, методы мониторинга и рекультивации почв (земель).
Методы исследования решения поставленной задачи использован комплекс методов, включающий анализ и обобщение научно-технической литературы по исследуемому направлению; экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях; математическую статистику, экспертные оценки, ранжирование; традиционные химические и физико-химические методы, используемые для исследования свойств топлива, почв, разработка научно-обоснованных предложений и рекомендаций.
Обоснованность и достоверность результатов исследований обеспечивается применением современных методов теоретических исследований и анализа, лабораторными- и промышленными экспериментами, выполненных по общепризнанным методикам; достаточной сходимостью результатов аналитических решений с результатами лабораторных и промышленных исследований, использованием методов математической статистики. Научная новизна:
Разработана методика оптимизации размещения и эксплуатации природно-технической системы «почвы-АЗК» на основе экологической оценки их сосуществования.
Разработаны модели природно-технической системы «почва-АЗК», позволившие оценить их пространственную структуру и степень экологической опасности загрязнения нефтью.
Приведены конкретные результаты экспериментальных исследований по оценке состояния почв в районах расположения АЗС г. Москвы, по оценке утраты средообразующих функций почв.
Определен индекс экологической нагрузки на площадках наблюдения полигонов исследования в зонах влияния АЗС.
На основании экологического мониторинга выявлено, что 10% бензина и 24% дизельного топлива, поставляемого на АЗС в Московском регионе, не соответствуют требованиям НТД и являются «некачественными».
На основании полученных данных разработаны научно-методические и практические рекомендации для учета при строительстве и эксплуатации АЗС с целью повышения их экологической безопасности. Проанализированы и систематизированы методы рекультивации нефтезагрязнённых почв.
Практическая значимость и внедрение результатов исследования.
Экспериментально установлены максимальные уровни загрязнения почв нефтью в районе расположения АЗС. Определены лимиты техногенного воздействия АЗС в части загрязнения почв нефтью.
Разработаны практические предложения и рекомендации по учету проблемы загрязнения почв при строительстве и эксплуатации АЗС, в частности при принятии решений по рекультивации почв, нормировании техногенного воздействия, по использованию методов инженерной защиты среды, включая мониторинг с применением санации почвогрунтов.
Дана экологическая оценка моторного топлива. Результаты исследований применяются в учебном процессе ГОУ ВПО МГОУ.
Личный вклад автора в выполнении работы заключался в разработке методики исследований, постановке цели и задач, планировании, методическом руководстве, проведении экспериментов и подготовке публикаций.
Апробация работы Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на:
IV Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Роль науки и образования на пороге 3-го тысячелетия» в Московском государственном горном университете, МГГУ, Москва, 16 - 18 апреля 2000г. (1 доклад);
Международном экологическом симпозиуме «Перспективные информационные технологии и проблемы управления рисками на
пороге нового тысячелетия», Научные чтения «Белые ночи — 2000», Международная академия наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). Санкт-Петербург, Россия, 1-3 июня 2000 г. (2 доклада);
Семинаре работников образования. Совет профсоюза работников образования и науки г. Москвы. 14 декабря 2000г. (1 доклад);
Заочной конференции «Безопасность XXI века 2001г.» Международная академия наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ), Санкт-Петербург, февраль, 2001г. (2 доклада);
V Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность и устойчивое развитие» в Московском государственном горном университете, МГГУ, Москва, 18-19 апреля 2001г. (2 доклада);
Научных чтениях «Белые ночи». Стратегия выхода из глобального экологического кризиса. Международная академия наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). Санкт-Петербург, Россия, 5-7 июня 2001г. (1 доклад).
Всероссийской научно-технической конференции «Технический вуз -наука, образование и производство в регионе», г.Тольятти, октябрь, 2001г. (2 доклада)
Международной конференции «Техническая и профессиональная подготовка кадров для решения перспективных научных и технологических задач в целях устойчивого развития». Москва, МЦОС, 19-23 ноября 2001 г.
VI Международной экологической конференции студентов и молодых ученых: «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития». 1-3 апреля 2002г., Москва, МГГУ (7 докладов).
- Всероссийской научно-практической конференции "Социально-
экономическое развитие России в 21 веке", г. Пенза, 2002г.
- 5-й Международной научно-практической конференции "Экономика
природопользования и природоохраны", г. Пенза, 2002.
5-й Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь», г. Пенза, 28-29 ноября 2002г.
7-ой Международной экологической конференции «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития», г. Москва, МГГУ, 8-Ю апреля 2003г.
8-й Международной экологической конференции, г. Москва, МГГУ, апрель 2004г.
Круглом столе на тему: «Атмосферный воздух городов России и здоровье населения. Автомобильные катализаторы, содержащие драгоценные металлы» Комитета по экологии Государственной Думы Российской Федерации Экспертного совета «Экологические проблемы промышленности драгоценных металлов и драгоценных камней», г. Москва, Гос.Дума РФ, 14 июня 2005г. (каб.420).
Научно-техническом конгрессе по безопасности «Безопасность -основа устойчивого развития регионов и мегаполисов», г. Москва, Мэрия Москвы., 16 ноября 2005г.
Международной конференции «Экология урбанизированных территорий», г. Москва, МГСУ, июнь-2006г.
Международной конференции «Техносферная безопасность, надежность, качество, ресурсосбережение», г. Туапсе, 4-7сентября 2006г.
Юбилейных научных чтениях «Белые ночи» - «Технологии безопасности XXI века. Международная академия наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ), Санкт-Петербург, Россия,
2008 год.
- II региональной научно-практической конференции «Наука,
экономика, общество», г. Воскресенск, Московской области. Апрель,
2009 г.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 29 печатных работ, в т.ч. 4 — в ведущих рецензируемых журналах ВАКа.
Объем и структура диссертационной работы.
Диссертация общим объемом 203 листа, состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы из 159 наименований. Работа включает 33 рисунка, 34 таблицы. Приложения включают в себя 25 листов.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю, ГУБОНИНОИ Зое Ивановне, заведующему кафедрой приборов контроля и систем экологической безопасности Северо-Западного государственного технического университета ПОТАПОВУ Анатолию Ивановичу, заведующей кафедрой «Безопасность и экология» Московского государственного открытого университета, академику МАНЭБ, д.м.н, профессору НЕВСКОЙ Галине Федоровне за ценные указания и замечания, за помощь, оказанную в процессе экспериментальных исследований и подготовке диссертационной работы.
При организации и проведении исследований значительная помощь была оказана Департаментом природопользования и охраны окружающей среды Правительства Москвы (бывш. Москомприрода) - т.т. Бочиным Л.А., Гутниковым В.А., Ишковым А.Г.; Московским городским Центром Санэпидемнадзора - т. Филатовым Н.Н.; Управлением транспорта и связи г. Москвы - т. Беляевым А.В.; ГИБДД (Сейчас ДОБДД - департамент обеспечения дорожного движения) г. Москвы - т. Казанцевым С.А.; Комитетом здравоохранения г. Москвы — т. Поляковым СВ., которым автор выражает благодарность.
Экологическая оценка выбросов нефтепродуктов от АЗС
С целью снижения вредных выбросов автомобильным транспортом в Москве с 1997 года реализуется и применяется моторное топливо, отвечающее европейским требованиям EN-228 (Евро-2). Однако значительного улучшения экологической ситуации от применения более качественного топлива в городе не произошло из-за отсутствия на автомобилях систем нейтрализации отработавших газов.
Тем не менее, в декабре 2004 года московское правительство приняло постановление о переводе автотранспорта города на топливо, отвечающее Евро-3. Применение таких топлив на автомобилях, оснащенных системами бортовой диагностики, позволяет на 30 процентов снизить токсичные выбросы по сравнению с использованием топлив Евро-2. Однако ожидать такого снижения выбросов в Москве нет оснований.
В связи с введением в Европе норм Евро-4 необходимо довести качество вырабатываемых бензинов марок АИ-98 и АИ-95 до уровней, обеспечивающих требования EN-228 (Евро-4), так как на российский рынок поступает большое количество современных зарубежных автомобилей. Отсутствие на АЗС бензинов АИ-98 и АИ-95 для автомобилей Евро-4 приводит к тому, что поставка импортных автомобилей осуществляется в упрощенном российском варианте. То есть машины, приходящие к нам, проходят так называемую предэксплуатационную подготовку. Компьютерная диагностика практически удаляется, чтобы можно было ездить на отечественном бензине. Спрашивается: зачем это делать? А зарубежные нефтяные компании в то же время начинают реализовывать в Санкт-Петербурге и Москве бензин АИ-98 и АИ-95 европейского качества, вытесняя нашего отечественного производителя.
Широкое применение кислородсодержащих добавок в составе автомобильных бензинов может обеспечить существенное оздоровление экологической обстановки. Автомобили, эксплуатируемые на бензине, содержащем оксигенаты, выбрасывают значительно меньше токсичных продуктов. Более полное сгорание топлива с кислородсодержащими добавками позволяет снизить выбросы оксида углеводорода до 30 процентов и не сгоревших углеводородов до 14 процентов. Наиболее перспективной октаноповышающей добавкой является этиловый спирт.
С 1 июля 2004 года в России введен в действие государственный стандарт на этанольные моторные топлива - бензанолы. Высокая детонационная стойкость, низкая токсичность, возможность производства из возобновляемых источников сырья, имеющиеся в России, свободные мощности по производству, все это делает этанол более привлекательным по сравнению с другими оксигенатами. Однако широкому применению денатурированного этилового спирта в составе автомобильных бензинов препятствуют действующие законодательные акты и незаинтересованность государственных органов в решении этих вопросов.
Во всем мире, особенно в США, Бразилии, в Европе сейчас принято решение об обязательном применении возобновляемых источников энергии моторного топлива, этому вопросу уделяется очень серьезное внимание. Надежная эксплуатация и предотвращение увеличения вредных выбросов автомобильным транспортом обеспечиваются с помощью использования в моторных топливах моющих и многофункциональных присадок, улучшающих эксплуатационные и экологические свойства. Многие изменения, внесенные в конструкцию двигателей с целью повышения их мощности, снижения расхода топлива и токсичности, замкнутая система вентиляции картера, рециркуляция отработавших газов, применение принудительного впрыска топлива, усиливают тенденцию к образованию отложений в топливной и впускной системах на элементах двигателя. Наиболее интенсивные образования отложений происходят в жиклерах и на заслонках карбюратора, а так же в инжекторах и на впускных клапанах.
Образование отложений на указанных деталях приводит к нарушению первоначальной регулировки двигателя, и как следствие - к увеличению расхода топлива, снижению мощности и возрастанию токсичности отработавших газов. Сохранение регулировок и заданных параметров автомобиля в процессе эксплуатации возможных только за счет применения моющих присадок, так как существующие технологии производства автомобильных бензинов во всем мире не позволяет обеспечить требуемый уровень их эксплуатационных свойств по чистоте топливной системы. Даже малые количества отложений в системе топливоподачи или в камере сгорания может разрегулировать работу двигателя, и сделать ее неэффективной.
Эксплуатация новейших моделей, оснащенных системой бортовой компьютерной диагностикой, становится невозможной без применения эффективных присадок, контролирующих образование отложений во всей топливной системе.
Очень актуальной проблемой в настоящее время является обеспечение сохранения качества автомобильных бензинов по цепочке от изготовителя до потребителя (бака) автомобиля. В средствах массовой информации очень часто сообщается о фактах реализации на АЗС некачественных моторных топлив, применение которых оказывает отрицательное влияние на работу автомобильных двигателей и окружающей среды:
По оценке Главного управления по борьбе с экономическими преступлениями МВД России доля такого топлива даже в Москве составляет 5-7 процентов. Имеется две причины поступления на АЗС некачественного бензина. Первая - это незаконное производство фальсифицированного бензина и вторая - нарушение технологии производства, транспортировки и хранения бензина. Если в первом случае имеет место уголовное преступление, и устранение этой причины - задача правоохранительных органов, то во втором - проявляются недостатки и недоработки в существующей системе лицензирования, сертификации, оформления технических заключений на производство и применение автобензина.
Влияние моторного топлива на величину выбросов вредных веществ автотранспортом
Основным сырьем получения моторных топлив и масел является нефть. Для карбюраторных двигателей с принудительным воспламенением от искрового разряда топливом является бензин.
В основной массе автомобильных бензинов, вырабатываемых в нашей стране, до последнего времени требуемая антидетонационная стойкость (достаточно высокое октановое число) достигалась, главным образом, за счет добавок антидетонаторов. Наиболее распространенная антидетонационная присадка - тетраэтилсвинец (ТЭС) РЬ(СгН5)4, несколько десятков капель которого на литр бензина предотвращают детонацию. Вместе с ТЭС добавляются вещества, препятствующие отложению в двигателях оксида свинца, возникающих при сгорании такого топлива, и выносящие их из двигателя вместе с отработанными газами. Смесь ТЭС с этими веществами называется этиловой жидкостью, а бензины с такими добавками — этилированными
Автотранспорт, использующий этилированный бензин, - основной источник диоксинового и свинцового загрязнения атмосферы.
Во многих странах уже приняты законодательные меры, ограничивающие и дозы этилирования, и объемы потребления этилированных бензинов. В России доля производства неэтилированных бензинов в I полугодии 1996 г. составила всего 51,2%; из 25 крупнейших нефтеперерабатывающих заводов нашей страны пока лишь девять выпускают такой бензин. Применение этилированных бензинов нормативными городскими актами запрещено только в Москве и Санкт-Петербурге.
Все возрастающие потребности страны в нефти и продуктах нефтепереработки в результате роста потребления электроэнергии и увеличения автомобильного парка (при необходимости сохранения экспорта) делают весьма актуальным экономию моторного топлива, в частности за счет оснащения автомобилей дизельными двигателями, расходующими на 30% меньше топлива по сравнению с карбюраторными бензиновыми двигателями. Кроме того, при производстве дизельного топлива требуется в 2,5 раза меньше энергии, чем для производства бензина, что приводит к значительной (двойной) экономии энергоресурсов.
В отличие от бензиновых двигателей, обычно работающих на обогащенной смеси, в которой бензин не может сгореть полностью из-за недостатка кислорода, дизельные двигатели работают на обедненной смеси, что обеспечивает более полное сгорание топлива, приводит к повышению их КПД и уменьшению токсичности выхлопных газов. Главный недостаток дизельных двигателей - это выбросы диоксинов, кроме того, их металлоемкость, ограничивающая установку на легковых автомобилях.
За период с января 1994 г. по январь 2006 г. количество автомашин с бензиновым двигателем возросло на 45,2%, при этом потребление бензина всех марок возросло на 72,6%. Структура потребления моторного топлива по его видам дана на рис. 10. Следует отметить, что ассортимент автомобильных бензинов за последнее время значительно расширился. Осуществляется непрерывный переход на более высокооктановые бензины. Все автомобильные бензины относятся к категории ЛВЖ. Дизельные топлива могут относиться к категории ЛВЖ или ГЖ. В последнее время появились новые марки моторных и трансмиссионных масел. Автомобильные масла относятся к горючим жидкостям, имеющим довольно высокие температуры вспышки: от 190 до 220С. Среди гидравлических жидкостей наиболее опасными в пожарном отношении являются гидравлические жидкости на нефтяной основе и спиртосодержащие жидкости. Температура вспышки тормозной жидкости «Нева» 85С, у других гидравлических жидкостей этот показатель достигает от 90 до 160С. В связи с этим возникает необходимость в изучении их состава. Особенно это актуально для бензинов «Футура» и «Славнефть». В прямогонном бензине АВТ преобладающими компонентами являются алканы. В автомобильных бензинах А-76 и АИ-92 отмечается высокое содержание ароматических углеводородов. Причем, в бензине с более высоким октановым числом содержание ароматических углеводородов выше. Содержание толуола в бензине АИ-92 составляет 18% отн., ксилола -10% отн., бензола - 30% отн. А в бензине АИ-92 «футура» присутствует метилбутан (40% отн.) и отсутствуют тяжелые остатки углеводородов, что говорит о его высоких эксплуатационных качествах. В бензинах с октановым числом выше 90 зафиксировано наличие железа и меди (Галишев М.А. и др., СПб, 2001). Сведения о марках и особенностях состава горючих жидкостей, используемых на современных автомобилях, ,необходимы при оценке их технического состояния, а, следовательно, степени экологической безопасности.
Выбор параметров для экологической оценки техногенной нагрузки в зонах влияния исследуемых АЗС
Вопрос о критериях выбора параметров описания экосистем специально обсуждается не часто и обычно не затрагивается в различных программах экологического мониторинга. В конкретных исследованиях параметры чаще выбираются произвольно, исходя из традиций, технических возможностей, материальной базы. Очевидно, что такой подход не самый оптимальный. В практике экологических исследований представляется интересным использование представлений об основных и коррелятивных параметрах экосистем, подлежащих регистрации при экологическом нормировании. К основным относят параметры, удовлетворяющие хотя бы одному из следующих критериев: отражают круговорот вещества и энергии, имеют существенное значение для поддержания устойчивости экосистемы; имеют существенное значение для функционирования экосистем более высокого уровня; отражают выполнение экосистемой социально-экономических и эстетических функций. К коррелятивным относятся параметры, отличающиеся высокой чувствительностью, надежностью и малым характерным временем реагирования на действие техногенных факторов. Коррелятивные параметры по сущности являются параметрами ранней биоиндикации техногенного загрязнения экосистем. Это опережающие индикаторы, свидетельствующие об изменении в будущем основных параметров. Они могут быть информативными для предупреждения необратимых изменений в экосистемах.
Формированию конкретных перечней параметров посвящено много работ различных авторов, наиболее полный их перечень содержится в работе Аксешина В.А и др., 1995г. В настоящем исследовании формирование перечня переменных выполнено исходя из основной цели исследования -экодиагностики и определения качества ОС в зонах влияния АЗС. Для выполнения поставленной задачи необходимо было определить стадию техногенной трансформации экосистемы в зоне влияния каждой из исследуемых АЗС. Стадии трансформации экосистем можно интерпретировать как фазы техногенной сукцессии.
Почва - наиболее важный компонент экосистемы, отражающий характер и уровень техногенного воздействия в течение длительного периода воздействия. Основной принцип выбора параметров состояния почвы для целей экологического нормирования - это не стремление характеризовать ее наиболее полно, а концентрация внимания на тех свойствах, которые служат интегральными показателями ее техногенной деградации.
Критерием кислотно-основных свойств почв является величина водородного показателя рН = - lg ан+ , где а н+ - активность ионов ЕҐ . Это одна из основных почвенных характеристик, определяющая протекание различных почвообразовательных процессов, а также доступность растениям различных питательных веществ. Оптимальным для большинства высших растений является диапазон рН от 6 до 7,5. Различные по химической природе загрязнения могут приводить как к увеличению, так и к уменьшению рН. Выбрасываемые с аэрозолями многие неорганические вещества, попадая в почву и растворяясь в почвенно-грунтовых водах, могут подвергаться гидролизу, что также влияет на величину рН почвы как в сторону увеличения (подщелачивание), так и в сторону уменьшения (подкисление). Таким образом, водородный показатель можно рассматривать как некоторый интегральный показатель, отражающий уровень техногенной нагрузки и одновременно значимый как для почвенной биоты, так и для живого надпочвенного покрова.
Экотоксичность почв - способность почв подавлять рост и развитие высших организмов и микробиоты. Показатели экотоксичности почв необходимы для ее характеристики как биологической системы и оценки степени ее повреждения при техногенном воздействии. Экотоксичность почв может возникать как в результате рассеивания и затем осаждения на почву компонентов выбросов источников-загрязнителей, так и в результате накопления в почве токсинов, образованных представителями микробиоты загрязненных почв. Экотоксичность почвы отражает накопление и трансформацию загрязнений в течение длительного периода воздействия, а также в определенной степени характеризует уровень самоочищения почвы. Для установления общей экотоксичности почвы используют в качестве теста прорастание семян растений. Токсичными считаются те почвы, которые ингибируют или стимулируют прорастание семян или развитие проростков корней на 30% и более по сравнению с контролем [Барвелл Ф., 1990].
Высокой чувствительностью к изменению свойств почв, в частности, их кислотности и уровней загрязнения токсикантами, обладают представители семейства крестоцветных, которые рекомендуется применять в качестве биоиндикаторов при определении токсичности почв. В проведенных исследованиях использовались семена редиса, которые после суточного вымачивания в воде высевались в количестве 30 шт. на один образец исследуемой почвы массой 20 г. Подготовленные образцы обильно смачивались водой и выдерживались в течение недели в термостате при температуре 30 С, после чего проводился подсчет количества проросших семян.
Ферментативная активность представляет собой многофункциональную характеристику, зависящую от свойств почвы, факторов среды и особенностей самих ферментов. Это интегральный показатель, позволяющий оценить потенциальную активность всех организмов, населяющих почву. Источники ферментов - микроорганизмы, грибы, беспозвоночные животные и растения. Мнения различных исследователей по поводу выбора ферментов для оценки уровня воздействия промышленных предприятий на окружающую среду иногда прямо противоположны. Чаще к наиболее чувствительным при диагностике состояния почв относят следующие ферменты: каталазу, дегидрогеназу инвертазу, уреазу. Однако, в каждом конкретном случае следует выбирать фермент, более чувствительный к загрязнению.
Воздействие нефтяного загрязнения на почвы и растительные сообщества
Применение биоэкологического принципа в оценке качества окружающей среды предполагает установление связей между нагрузкой, изменениями природы и социально-экономическими последствиями. Следует установить границы между нормальными (фоновыми), критическими (или субкритическими) и катастрофическими состояниями. Выбор границ допустимой нагрузки должен осуществляться на основе принципа защиты слабого звена.
В настоящем исследовании была предпринята попытка определения качества окружающей среды на основании анализа величин обобщенных функций желательности загрязнения площадок и состояния биоты полигона (в предположении, что наиболее слабое звено экосистемы полигона - почва и почвенная биота). Стандартом качества окружающей среды в данной работе принято состояние почвы и почвенной биоты площадки наблюдения на территории парка культуры и отдыха «Сокольники». Значения обобщенных функции желательности нагрузки и биоты для этой чистой территории равны 1. Приближение к значению D6„0Ta- 1 для любой другой площадки наблюдения в зонах влияния АЗС будет обозначать приближение ее по качеству природной среды к выбранному стандарту. Самой «плохой окружающей среде» будет соответствовать величина 0 обобщенной функции желательности для биоты. Под самой «плохой окружающей средой» следует понимать такое ее состояние, для которого характерно полное разрушение естественных циклов, обеспечивающих самоочищение среды. (Заславский Е.М. и др. 2000; Снакин В.В. и др.).
Проведенные ранее исследования влияния промышленных предприятий на окружающую среду показали, что существенные изменения в экосистемах начинаются при значениях D6„oTa 0,8. Следовательно, все исследуемые территории полигонов в зонах влияния АЗС могут быть отнесены к территориям с существенными нарушениями состояния почвы и почвенной биоты.
Наиболее низкое качество окружащей среды (ОС) имеет место в зоне влияния АЗС № 3, максимальное значение индекса экологической нагрузки здесь составляет 23. Низкое качество ОС отмечается в зоне влияния АЗС №2, максимальное значение индекса экологической нагрузки здесь составляет 18,1. Обе эти автозаправочные станции близки по качеству окружающей среды. Лучшей по качеству ОС является территория в зоне влияния АЗС №1 (Ростокинский проезд). Причем следует отметить, что максимальное значение индекса экологической нагрузки 4,0 здесь имеет площадка наблюдения, находящаяся в относительном удалении от емкостей с нефтепродуктами и заправочных колонок. Это может означать, что причиной ухудшение качества ОС в пределах данного полигона исследований не обязательно являются технологические загрязнения АЗС. Полученные данные позволяют сделать следующие выводы: 1) следует ограничить хозяйственную деятельность АЗС № 3, провести на прилегающей к ней территории дополнительные природоохранные мероприятия (обваловка, посадка кустарников по периметру асфальтового покрытия). Строительство объекта питания - кафе - недопустимо. 2) следует не расширять более достигнутого уровня хозяйственную деятельность АЗС № 2, дополнительные природоохранные мероприятия здесь скорее всего не дадут большого эффекта ввиду того, что на территорию АЗС оказывают влияние стационарные источники выбросов электродного и ремонтного заводов а также наличие транспортных магистралей. Можно считать, что состояние почвы и почвенной биоты в зоне влияния данной АЗС находятся в равновесии с имеющимся суммарным уровнем техногенной нагрузки; 3) следует провести дополнительные природоохранные мероприятия (посадка кустарников по периметру асфальтового покрытия, обваловка со стороны площадок №1,2) в зоне влияния АЗС № 1 (Ростокинский проезд) для предупреждения ухудшения качества окружающей среды, а также вести мониторинг за состоянием биоты в зоне влияния этой АЗС. В качестве дополнительных природоохранных мероприятий могут проводиться любые действия, направленные на ограничение переноса нефтепродуктов с поверхностными водами (дождевыми, талыми, другими). Такие действия будут оправданы, поскольку во всех рассматриваемых случаях отмечалась корреляция между содержанием нефтепродуктов в почве и состоянием почвенной биоты только в случаях, когда возможен был перенос нефтепродуктов в конденсированном состоянии в водных средах. При увеличении расстояния между емкостями и площадкой наблюдения содержание нефтепродуктов в почве резко уменьшалось. Ограничение хозяйственной деятельности обозначает уменьшение объемов нефтепродуктов, вовлекаемых в работу на АЗС. Эта мера, по мнению автора, может быть актуальной для АЗС № 3 (ул. Б.Галушкина — ул. Космонавтов) в том случае, если не допускается превращение прилегающей к ней территории в техногенную пустыню.
Похожие диссертации на Технологии защиты и восстановления почв в районе расположения автозаправочных комплексов в условиях мегаполиса
