Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Московский государственный университет» (МГУ)
КУРСОВАЯ РАБОТА
НЕФТЕПРОДУКТЫ В ПОЧВЕ, МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И СПОСОБЫ УДАЛЕНИЯ
Выполнила:
Петрова З.И.
МОСКВА 2010
Содержание
Введение
1. Нефтепродукты и их состав
1.1 Попадание нефтепродуктов в почву
1.2 Влияние нефтепродуктов на почву
1.3 Степень загрязненности почв
2. Методы обнаружения нефтепродуктов
2.1 Метод ИК-спектроскопии
2.2 Флуоресцентный метод
3. Способы удаления нефтепродуктов
3.1 Механический метод
3.2 Физико-химический метод
3.3 Биологический метод
3.4 Электрохимический метод
Заключение
Список использованных источников
Введение
На сегодняшний день нефть является самым используемым природным ресурсом. Наша страна занимает ведущее место по запасам нефти в мире. Мы полностью обеспечиваем себя топливными запасами и огромное количество экспортируем в другие страны. Развитие нефтяной отрасли является приоритетной для становления мировой экономики, поэтому добыча ее играет важную роль в экономике нашей страны.
Добываемая нефть в первом своем виде представляет собой, органическую массу, содержащую множество углеводородов различного состава (алканы, алкены, циклоалканы и др.), также в нее могут входить органические соединения, содержащие S, N, O. Она имеет комплексное применение (топливо, сырье для химической и нефтехимической промышленности и т. д.), поэтому нефть очень ценна и не даром ее прозвали «черным золотом».
В повседневной жизни мы используемся нефтепродуктами - это результат переработки и перегонки «сырой» нефти, в результате которой получаются такие продукты как бензин, керосин, дизельное топливо, нефтехимическое сырье, растворители и др.
Добыча и переработка данного сырья является не только одним из важных факторов экономики, но и одной из главных причин загрязнения экологии. Происходит разлив огромного количества нефти ее продуктов в почву и в водные ресурсы. Вместе с этим погибает фауна, микробный баланс вод и почв. Встает большое количество вопросов об очистке земельных участков и водных ресурсов, ищутся методы предотвращения и снижения негативных воздействий нефти и нефтепродуктов на природные ресурсы.
Урегулирование таких проблем как, слабая устойчивость окружающей среды к вредным воздействиям нефти и ее продуктов, решаются путем внедрения в практику эффективного хозяйственного механизма рационального природопользования.
Целью данной курсовой работы является рассмотрение методов обнаружения и способов удаления нефтепродуктов с почвенных покровов.
Для достижения данной целы были сформулированны следующие задачи:
1. Рассмотреть состав нефтепродуктов.
2. Изучить их влияние на почву.
3. Оценить степень загрязнения почвы нефтепродуктами.
4. Исследовать методы обнаружения их в почве.
5. Найти способы удаления нефтепродуктов с земных покровов.
Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.
Важнейшее значение почв состоит в накапливание органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится.
Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности.
С каждым годом все больше внимания уделяется проблемам, связанным с загрязнением окружающей среды. Наиболее остро данный вопрос стоит перед жителями крупных промышленных городов.
1. Нефтепродукты и их состав
Под названием «нефтепродукты» скрывается ряд веществ, полученных в результате смешивания углеводородов с их производными. Нефтепродукты - это большая группа продукции полученной на предприятиях нефтепереработки, нефтехимии и основного органического синтеза.
Химический состав нефтепродуктов. Основными элементами нефтепродуктов являются углерод (83 - 90% и выше), водород (8 - 13%), сера (0,01 - 7,5; в бензине 0 - 1,8; в дизельном дистилляте 0,1 - 4,0), кислород (0,02 - 4,5), азот (0 - 1,7%). Групповой состав большинства нефтепродуктов представлен алканами, нафтеновыми углеводородами, ароматическими соединениями в различных соотношениях. В бензиновых фракциях содержится значительное количество алканов изомерного строения (C6 - C9) с высоким октановым числом, дизельных дистиллятах -- нормального строения (C16H34) с высоким цетановым числом, в составе масел -- циклоалканов с малым числом циклов. Ароматические, диеновые углеводороды, сераорганические соединения нефти, азоторганические соединения нефти и кислородорганические соединения нефти в моторных топливах присутствуют в незначительном количестве.
Главные виды нефтепродуктов:
1. Разные виды топлива (бензин, дизтопливо, керосин, солярка и пр.).
2. Горюче-смазочные материалы.
3. Растворители.
4. Электроизоляционные масла.
5. Нефтехимическое сырье.
Получение всех видов нефтепродуктов достигается в результате переработки нефти, в процессе которой при разном температурном режиме происходит отделение парообразных веществ.
В настоящее время нефть и нефтепродукты представляют один из наиболее широко распространенных и токсичных классов загрязнителей окружающей среды. Поступая в почву, они в первую очередь влияют на ее биологические свойства. Отмечается снижение продуктивности таких почв, ухудшение экологического состояния и их функций в биосфере. Несмотря на большое количество работ, посвященных этой теме, до сих пор остаются нерешенными многие вопросы, связанные с оценкой воздействия нефтяного загрязнения на почву и почвенный покров [1].
При нефтяном загрязнении взаимодействует ряд экологических факторов, которые необходимо учитывать, давая оценку последствиям загрязнения почв нефтепродуктами. Это такие факторы, как состав и структура самой почвенной экосистемы, а также активность процессов метаболизма у почвенных микроорганизмов. Микробиологическая активность почв считается лабильным признаком, реагирующим даже на незначительные концентрации нефти и нефтепродуктов.
Частицы, образующие загрязнения в нефтепродуктах, могут быть твердыми, пластичными, жидкими (микрокапли воды и других газов). Твердые и пластичные инородные включения, диспергированные в нефтепродуктах во взвешенном виде и влияющие на свойства этих продуктов, называются механическими загрязнениями. Вода в виде микрокапель, образующих с нефтепродуктом водотопливную или водомасляную эмульсию, носит название эмульсионной или свободной воды. При выпадении свободной воды в отстой она образует слой, имеющий четкую границу с нефтепродуктом и называемый подтоварной водой. Газовые пузырьки в нефтепродуктах в зависимости от количества диспергированного воздуха образуют гетерогенные системы - газовую эмульсию (при сравнительно небольшом содержании газа) или пену (когда объем газа превышает объем жидкого нефтепродукта) [2].
1.1 Попадание нефтепродуктов в почву
Нефтяные продукты получаются путем переработки нефти на предприятиях и соответственно должны быть доставлены до мест, где они используются. Транспортировка их происходит как по водному покрову, так и по земле.
В результате попадания нефтепродуктов в водоемы и почву, происходит их испарение, которое ведет за собой образование газовых ареол, они крайне негативно сказываются на окружающей среды, страдает флора и фауна. Одним из самых устрашающих факторов является то, что при испарении нефтепродуктов, поднимающееся газовое облако смешивается с воздушными массами и является крайне взрывоопасным, что даже попадание малейшей искры приводит к взрыву.
Сегодня на планете можно насчитать более 6500 платформ, осуществляющих добычу сырой нефти. При этом около 3 тысяч грузовых танкеров транспортируют нефть.
Ежегодно в океан сбрасывается около 9 млн. тонн нефтепродуктов. Ученые установили, что более 30% всей поверхности океана находится под пленкой продуктов нефтепереработки. В конце своего пути эта пленка достигает берега и становится источников загрязнения не только водного покрова, но и почвенного.
Основная часть транспортировки производится на суше, однако и это не является гарантией защиты почвы. Нефтяные продукты переправляются с помощью трубопроводов. Серьезную опасность для экологии несут в себе трубопроводы. Их строительство, особенно в северных регионах, оказывает значительное негативное влияние на сложившийся там микроклимат. Проходка траншей вносит локальные изменения в режим влагопитания растительного покрова, нарушается теплофизическое равновесие, происходит таяние вечномерзлых грунтов, гибнет очень чувствительный к любым механическим воздействиям хрупкий растительный покров [3].
Хранение нефти в резервуарах вызывает ряд проблем, связанных с обеспечением резервуарного оборудования средствами сокращения потерь от испарения. К проблеме испарения добавляется проблема обеспечения пожаро- и взрывобезопасности, т. к. пары легких углеводородов в смеси с воздухом образуют гремучую смесь, которая является весьма взрывоопасной. Надежность оборудования, эффективность средств диагностики и пожаротушения - залог экологической безопасности всего региона в целом [4].
Из огромного числа загрязняющих веществ окружающую среду нефть и нефтепродукты находятся на первом месте. Транспорт, перевозящий нефтепродукты, предприятия, перерабатывающие нефть и сливающие отходы в внешнюю среду, аварии на трубопроводах это является факторами загрязнения почвы. Все это представляет собой огромную угрозу экологии России.
В связи с этим, представляется очень актуальной и насущной проблема загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами. Энергетическая программа России на длительную перспективу предусматривает увеличение добычи нефти, а это ведет к расширению сети трубопроводов, возрастает количество перевозок нефти и нефтепродуктов.
Таким образом, невозможно полностью исключить вероятность новых аварий, разливов нефти и нефтепродуктов. Контроль природопользования становятся с каждым годом все жестче
Для того, чтобы рассматривать любую экологическую проблему, необходимо прежде всего знать источники этой проблемы. В нашем случае источниками этой проблемы являются: нефтепродукты.
1.2 Влияние нефтепродуктов на почву
В настоящее время актуальной проблемой является загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами. Эксплуатация нефти и ее продуктов переработки пагубно влияют не только на места ее добычи, но и на места транспортировки. Все это подтолкнуло ученых к поиску исследования влияния загрязнения на почвенно-растительный покров.
В районах, где ведется огромная добыча нефтепродуктов наблюдается значительное ухудшение почвенного покрова. При попадании нефти и ее продуктов происходит изменение всех свойств почты, а частности таких как морфологических, физико-химических и биологических свойств, а иногда и существенная перестройка всего почвенного профиля, трансформация почвенных экосистем. Это приводит к гибели большого числа растений, потере плодородия и выведения огромной части земли из землепользования. Нефтепродукты вызывают значительные неблагоприятные, зачастую трудно обратимые изменения в почвенных экосистемах: ингибируют дыхательную активность почвы, процессы азотфиксации, нарушают протекание разных стадий цикла азота в почве, в том числе и нитрификации, приводят к накоплению трудно окисляемых метаболитов в почве; в итоге формируются условия, крайне неблагоприятные для роста и развития растений (выходящие за пределы толерантности агроценоза) [5].
По исследовательским данным загрязненная почва изменяет свои морфологические свойства, она становится более темной. В результате закупорки почвы нефть и ее продуктами прекращается проветривание почвы, то есть она перестает насыщаться кислородом, поэтому этого меняется ее окислительно-восстановительный потенциал. В результате в почвенном воздухе преобладают легкие токсичные фракции нефти, которые вредны как растениям, так и микроорганизмам, живущим в почве. Почва становится гидрофобной, а при сильном загрязнении - водонепроницаемой. Под воздействие нефтяного загрязнения почва теряется способность испарять влагу с поверхности, поэтому она снижает свою влагоемкость.
Нефтепродукты, попадая в почву со своими особыми кислотно-основными свойствами, меняют естественную среду в почве и повышают ее щелочной баланс. Ученые вывели увеличение ее рH водной суспензии на 1-2 единицы в верхних слоях почв.