Загрязненной нефтепродуктами

Поступление нефтяных углеводородов в почву наблюдается в районах нефтедобычи и нефтепереработки. Транспортировка сырой нефти и продуктов ее переработки железнодорожным, автомобильным, трубопроводным, морским транспортом также может привести к загрязнению окружающей среды в результате техногенных аварий и стихийных бедствий. Источником поступления нефтепродуктов в почвы является их механическая обработка сельскохозяйственной техникой. Станции технического обслуживания автомобилей и автозаправки приводят к превышению содержания нефтепродуктов в почвах выше фоновых значений в 4−7 раз.

Загрязнение почв нефтепродуктами сопровождается их интенсивной трансформацией морфологических и физико-химических свойств. Глубина изменения зависит от продолжительности загрязнения, состава и концентрации компонентов нефти, ландшафтно-геохимических особенностей территории и проявляется в смещении рН почвенного раствора в щелочную сторону, повышения общего содержания углерода в почве в 2−10 раз, а количества углеводородов в 10−100 раз. Существенно меняются морфологические свойства почв: усиливается кутанообразование, происходит изменение цветовых характеристик почвенного профиля в сторону преобладания серо- и темно-коричневых оттенков, ухудшается структура почвы.

Токсичность нефти объясняется присутствием летучих ароматических углеводородов (ксилол, толуол, бензол), нафталина и ряда других фракций нефти. Эти соединения легко разрушаются и удаляются из почвы. Поэтому период острого токсического действия нефти сравнительно короток. В составе нефти также содержится метан и пропан, которые окисляются соответствующими видами микроорганизмов – представителями группы аэробных грамотрицательных бактерий рода Pseudomonas, Methylococcus, Methylobacter, Methylosinus.

Чувствительными к воздействию нефти являются нитрифицирующие бактерии. В присутствии значительных количеств нефти подавляется развитие целлюлозолитических микроорганизмов. Высокую чувствительность к нефти проявляют зеленые и желтозеленые водоросли. Токсическое действие оказывает нефть и на высшие растения. Посев растений сразу после загрязнения сопровождался их гибелью. Даже через год на загрязненных нефтью участках всхожесть семян составляет менее 50%.

Почвенные беспозвоночные также угнетаются высокими дозами нефти. Так в лабораторном опыте при дозе нефти 8 л/м³ происходит угнетение всех зоологических групп, причем в первую очередь погибают крупные беспозвоночные, более устойчивы простейшие.

Разрушение нефти и нефтепродуктов происходит с участием как аэробных, так и анаэробных метанокисляющих микроорганизмов. Некоторые бактерии используют для окисления органики кислород сульфатов, при этом выделяется сероводород. Такие процессы наблюдаются на болотах, в зонах приливов и отливов, в устьях рек, в некоторых почвах, где содержится большое количество органических веществ, в том числе углеводородов нефти.

Сероводород (H₂S) − бесцветный газ, растворим в воде и органических растворителях, является сильным восстановителем. Водный раствор сероводорода имеет кислую реакцию, и является слабой кислотой. Предельно-допустимая концентрация сероводорода составляет 0,4 мг/кг почвы. Методика предназначена для определения содержания сероводорода в почвах и местах с постоянным загрязнением нефтепродуктами, особенно в прибрежной почве рек и других водоемах, куда сбрасываются нефтесодержащие сточные воды, почве станций технического обслуживания автомобилей, автозаправок, на обочинах дорог.

Определение основано на окислении сероводорода йодом, выделяющимся при взаимодействии йодида калия (KI) с перманганатом калия (KMnO₄) в кислой среде. Нижний предел обнаружения составляет 0,32 мг/кг почвы. Измеряемые концентрации 0,32−2300 мг/кг.

Цель работы: углубить представления о причинах загрязнения почвы нефтепродуктами, освоить метод определения нефтепродуктов в образцах почв, оценить уровень их загрязнения (сильно загрязненные, средне загрязненные, слабозагрязненные), сделать вывод о последствиях данного загрязнения для изучаемой экосистемы.

Оборудование и реактивы: почва, загрязненная нефтепродуктами; аппарат для встряхивания; бумага фильтровальная, колба коническая на 200 мл с пробкой, пипетки на 1 мл; бюретки для титрования; воронка; бюкс; сушильный шкаф; эксикатор с осушителем (безводный хлорид кальция); универсальная индикаторная бумага; калий перманганат KMnO₄, х.ч., 0,01 М раствор; натрий тиосульфат Na₂S₂O₃, 0,005 М раствор; серная кислота H₂SO₄, пл. 1,84 г/см³, разбавленная 1:3; калий йодид KI, х.ч., 10%-ный раствор; 1%-ный раствор крахмала.

 

Порядок выполнения работы

Помещают 100 г почвы в коническую колбу, приливают 200 мл дистиллированной воды, колбу закрывают пробкой и встряхивают 3 мин. Затем раствор фильтруют через складчатый фильтр.

В коническую колбу вносят 100 мл фильтрата, добавляют несколько капель серной кислоты, регулируя значение рН по универсальной индикаторной бумаге, приливают 1 мл 10%-ного раствора KI, взбалтывают и приливают из бюретки 0,01 М раствор KMnO₄ до появления желтой окраски. Избыток йода оттитровывают раствором Na₂S₂O₃, прибавляя к концу титрования несколько капель (до появления синего окрашивания) 1%-ного раствора крахмала.

Разность между объемами прилитого 0,01 М раствора KMnO₄ и раствора Na₂S₂O₃, израсходованного на титрование соответствует количеству 0,01 М раствора йода, израсходованного на окисление H₂S в 100 мл фильтрата. 1 мл 0,001 М раствора йода соответствует 0,17 мг H₂S.

Одновременно с анализом почвы определяют ее влажность для пересчета результата на абсолютно сухую почву. Влажность почвы W, % определяют по формуле

_,

где m₁ − масса влажной почвы со стаканчиком, г; m₀ − масса абсолютно сухой почвы со стаканчиком, г; m − масса стаканчика, г.

Концентрацию нефтепродуктов в почве С, мг/кг определяют исходя из формулы

С = ,

где М − количество исследуемого веществ, найденное в пробе, мг; m − масса исследуемой почвы, г; к − коэффициент пересчета на абсолютно сухую почву.

Пример расчета: разность между объемами 0,01 М раствора KMnO₄ и раствора Na₂S₂O₃, израсходованного на титрование, равна 3 мл. Следовательно содержание H₂S в 100 мл фильтрата составляет 0,17 ∙ 3 = 0,51 мг. В 200 мл фильтрата, т.е. в 100 г почвы содержится 0,51 ∙ 2 = 1,02 мг H₂S.Отсюда концентрация С в почве H₂Sсоставляет:

С = 1000 ∙ = 10,2 мг/кг

 

Вопросы для самоподготовки

1. Строение литосферы. Структура земной коры.

2. Минералы и горные породы.

3. Почва. Минералогический и механический состав почв.

4. Органические вещества почвы. Гумус.

5. Особенности состава и строения гумусовых веществ.

6. Взаимодействие гумусовых веществ с минеральными компонентами почвы.

7. Основные концепции гумусообразования.

8. Почвенные коллоиды. Общая схема строения коллоидной частицы.

9. Минеральные, органические и органо-минеральные коллоиды.

10. Виды поглотительной способности почв.

11. Почвенно-поглощающий комплекс (ППК).

12. Понятие об ионообменных свойствах почв, реакции ионного обмена.

13. Основные закономерности сорбционных процессов в почвах.

14. Виды кислотности почв, причины кислотности.

15. Щелочность почв. Буферные свойства почв.

16. Микроэлементы и химическое загрязнение почв.

17. Нитрифицирующая способность почв и причины ее нарушения.

18. Загрязнение почв нефтепродуктами.