Главная страница

Санктпетербургский государственный университет институт наук о Земле Кафедра почвоведения и экологии почв


Скачать 0.9 Mb.
НазваниеСанктпетербургский государственный университет институт наук о Земле Кафедра почвоведения и экологии почв
Дата19.11.2018
Размер0.9 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаitog-VKR_Vliyanie_zagryazneniya_DT_na_fiz__sv-va_pochv.pdf
ТипРеферат
#53025
страница1 из 7

Подборка по базе: МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ.docx, Министерство образования и науки Российской Федерации Федерально, МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ.docx, История и методология науки в сфере коммерции .docx, МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУК1.doc, Менеджмент как наука и искусство.doc, История как наука.pptx, Министерство образования и науки Российской Федерации.docx, Таджикский национальный университет.docx, Курский государственный.docx.
  1   2   3   4   5   6   7

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт наук о Земле Кафедра почвоведения и экологии почв
Шамарина Екатерина Сергеевна Влияние загрязнения дизельным топливом на физические свойства почв Выпускная квалификационная работа бакалавра К ЗАЩИТЕ Научный руководитель к.б.н., доцент Н. Н. Федорова
______________________
«____»___________2016 Заведующий кафедрой д.с.-х.н., проф. Б. Ф. Апарин
______________________
«____»___________2016
Санкт-Петербург
2016

2 Содержание Введение. 4 Глава 1. Современные представления о загрязнении почв нефтью и нефтепродуктами.
6 1.1. Общая характеристика нефти и дизельного топлива.
6 1.2. Трансформация и распределение нефти по почвенному профилю.
9 1.3. Влияние нефтезагрязнений на морфологию почв.
11 1.4. Влияние нефтезагрязнений на агрохимические свойства почв.
12 1.5. Влияние нефтезагрязнений на физические свойства почв. 14 1.6. Влияние нефтезагрязнений на биологические показатели почв
16 1.7. Рекультивация нефтезагрязнённых почв.
18 Глава 2. Характеристика объекта исследований. 21 2.1 Краткая характеристика природных условий.
21 2.1.1 Климат
21 2.1.2 Рельеф 22 2.1.3 Почвообразующие породы.
22 2.1.4 Растительность.
23 2.2. Краткая характеристика почв.
24 2.3. Краткая характеристика дизельного топлива.
25 Глава 3. Методы исследований. 27 Глава 4. Результаты исследований и их обсуждение. 29 4.1. Сравнительная характеристика исследуемых почв. 29 4.2. Определение уровня и глубины загрязнения 33 4.3. Влияние загрязнения дизельным топливом на гидрофизические свойства почв.
35 4.3.1. Влияние загрязнения дизельным топливом на влажность монослоя.
35 4.3.2. Влияние загрязнения дизельным топливом на удельную поверхность.
37 4.3.3. Влияние загрязнения дизельным топливом на максимальную гигроскопичность.
38 4.3.4. Влияние загрязнения дизельным топливом на влажность завядания……………………………………………………………..
39

3 4.3.5. Влияние загрязнения дизельным топливом на влажность разрыва капиллярных связей
39 4.3.6. Влияние загрязнения дизельным топливом на наименьшую влагоёмкость……………………………………………………..…..
41 4.3.7. Влияние загрязнения дизельным топливом на диапазон активной влаги.
42 4.3.8. Влияние загрязнения дизельным топливом на капиллярную влагоёмкость…………………………………………………………
43 4.3.9. Влияние загрязнения дизельным топливом на полную влагоёмкость……………………………………………………........
45 4.3.10. Влияние загрязнения дизельным топливом на общую порозность………………………………………………………..…
46 4.3.11. Влияние загрязнения дизельным топливом на смачиваемость почвы.
47 4.4. Влияние загрязнения дизельным топливом на физико-механические свойства почв.
49 4.4.1. Влияние загрязнения дизельным топливом на липкость. 49 4.4.2. Влияние загрязнения дизельным топливом на верхний предел пластичности.
51 4.4.3. Влияние загрязнения дизельным топливом на нижний предел пластичности.
52 4.4.4. Влияние загрязнения дизельным топливом на число пластичности.
53 4.4.5. Влияние загрязнения дизельным топливом на набухание.
54 Заключение. 55 Выводы. 56 Список использованной литературы.
57 Приложения. 61

4 Введение Более ста пятидесяти лет нефть, будучи широко востребованным энергоресурсом, является одним из важнейших факторов экономического развития многих стран мира, в том числе и Российской Федерации, где добыча, переработка и транспортировка проводятся достаточно интенсивно, что нередко приводит к потерям нефти и, как следствие, масштабным загрязнениям природных сред. В результате интоксикации даже сравнительно небольшими дозами происходят существенные изменения как важнейших свойств почвы
– химических, физических, морфологических, – таки структуры почвенного покрова, а также деятельности почвенных животных и микроорганизмов. Посей день не угасает интерес исследователей к последствиям нефтяного загрязнения почвы – одного из самых тяжёлых и распространённых ввиду колоссального использования нефтепродуктов во многих отраслях промышленности и транспортной сфере. Нефтезагрязнение является одной из общемировых экологических проблем, нуждающейся в скорейшем разрешении, в связи с чем учёными регулярно уделяется огромное внимание к данному типу поллютантов в самых различных смежных сферах естественных наук, в том числе ив почвоведении. Большая часть исследований посвящена изучению изменений химических свойств и биологических параметров нефтезагрязнённых почв, как наиболее важных в экологических аспектах и оценке плодородия, физическим же свойствам уделяют несколько меньше внимания. Также менее частым, по сравнению с нефтью, объектом исследований становятся нефтепродукты. Физические свойства почв являются неотъемлемой частью совокупности показателей, имеющих непосредственное влияние напочвенное плодородие. Нефтяное загрязнение оказывает на них негативное воздействие, изменяя важные для обработки почвы, агротехнических мероприятий, нормальной жизнедеятельности и функционирования почвенных организмов и растений характеристики. Цель работы состоит в изучении изменений физических свойств почв разного гранулометрического состава под влиянием загрязнения дизельным топливом в естественных и лабораторных условиях. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи Дать сравнительную характеристику гидрофизических и физико-механических свойств почв разного гранулометрического состава

5 Изучить изменение гидрофизических и физико-механических свойств почв разного гранулометрического состава при загрязнении дизельным топливом Выявить влияние загрязнения дизельным топливом на гидрофизические и физико-механические свойства почв разного гранулометрического состава. Актуальность. Нефтепродукты являются весьма распространённым и опасным источником загрязнения почв, приводящим к резкому катастрофическому ухудшению её свойств, важных для поддержания экологических функций, создания оптимальных условий для жизни почвообитающих организмов и растений и имеющих непосредственное влияние напочвенное плодородие. Дизельное топливо широко используется грузовым, водным, железнодорожным транспортом и, что немаловажно, практически всей агротехникой – поэтому вероятность попадания данного вида нефтепродукта в почвы, и особенно пахотные, очень и очень высока. Следовательно, изучение влияния загрязнения дизельным топливом на физические свойства почв разного гранулометрического состава, особенно в природных условиях, является актуальным. Материалы и источники. Для выполнения выпускной квалификационной работы бакалавра были специально заложены два разреза, из которых для лабораторных исследований отбирались образцы. В качестве загрязнителя было выбрано дизельное топливо Евро сорт Е вид III с завода ООО «КИНЕФ». Работа проводилась на кафедре почвоведения и экологии почв СПбГУ. На данный момент вопросами воздействия нефтепродуктов на физические свойства почв занимаются не так много специалистов большая часть работ ориентирована на исследование влияния нефти на биологические параметры почвы и жизнедеятельность связанных с ней живых организмов. Основным источником информации поданной теме были тезисы и доклады научных конференций по экологии и почвоведению и статьи, опубликованные в специализированных журналах, учебники и монографии, соответствующие исследуемой теме. Личный вклад автора работы состоит в подборе, морфогенетической и аналитической характеристике объектов исследования, заложении натурного и лабораторного экспериментов, изучении физических параметров нативных и загрязненных дизельным топливом почв, анализе и обработке полученных результатов, а также написании и оформлении данной выпускной квалификационной работы бакалавра.

6 Глава 1. Современные представления о загрязнении почв нефтью и нефтепродуктами Основным источником нефтезагрязнений является антропогенная деятельность разливы сырой нефти при добыче, утечки при авариях транспорта и нефтепроводов, утечки пластовых води буровых растворов. С ростом экономики и интенсивным развитием новых технологий потребность в данном энергоресурсе неуклонно, год за годом, возрастает, что приводит к катастрофическому увеличению загрязнённых территорий и, как следствие, нарушению экологической обстановки, крупным финансовым вложениям в рекультивацию или даже отчуждению земель. Всестороннее изучение данного вопроса является всё более актуальными необходимым, в связи с чем появляется всё больше и больше работ, посвящённых теме загрязнения почвы нефтью и нефтепродуктами. Естественные процессы самоочищения и самовосстановления идут крайне медленно, а большая часть почв не обладает достаточной устойчивостью к нефтезагрязнениям. Наиболее устойчивы в этом плане почвы с торфяными или глеевыми и иллювиальными глееватыми горизонтами, играющими роль биогеохимических барьеров и препятствующими широкому распространению поллютантов (Касаткина, Федорова, 2005). Загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами носят тяжёлый характер и являются серьёзной экологической проблемой, затрагивающей не только состояние всех компонентов окружающей среды, но и здоровье человека.
1.1. Общая характеристика нефти и нефтепродуктов Нефть – природный горючий материал, обычно представляющий собой густую маслянистую жидкость со специфическим запахом, цвет которой может варьировать от жёлтого и зеленоватого (реже – бесцветного) дот мно-коричневого, почти чёрного. Как правило, фракционный состав, химические и физические свойства нефти сильно различаются между собой в зависимости от её месторождения. Наиболее постоянным в этом плане является элементарный состав. В состав нефти входит ряд биогенных элементов. Главные из них – это углерод
(83-87%) и водород (11,5-14%), составляющие основу углеводородов. Также в составе присутствуют кислород и азот – общее количество которых обычно не превышает 2-
3%. Содержание серы в нефти может доходить до 7-8%. Как правило, все эти элементы

7 входят в состав высокомолекулярных органических соединений. Также в золе нефти обнаруживается много других элементов в незначительных концентрациях Si, Al, Fe,
Ca, Mg, Ni, Cu, Ba, Mn, Cr, Co и др. Общее количество этих микроэлементов не превышает десятых долей процентов (Эрих, 1977). Нефть – это сложный набор органических соединений, в её составе содержатся углеводороды всевозможного строения (С
4
–С
60
), а также значительное количество гетероциклических соединений. Основную часть соединений нефти составляют три группы углеводородов парафиновые (метановые) углеводороды или алканы, нафтеновые (полиметиленовые) углеводороды или цикланы, ароматические углеводороды или арены. Среди кислородных соединений выделяют нафтеновые кислоты, фенолы и смолистые вещества, причём последняя группа включает в себя более 90% всего кислорода и большую часть азота. Сернистые вещества образуют неорганические (элементарная сера сероводород) и органические формы меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофаны. Также в нефти достаточно велика концентрация смолисто-асфальтеновых веществ смол, асфальтенов, карбенов, асфальтогеновых кислот и их ангидритов
(Еременко, 1968). Нефть легче воды, более того, за счёт своего химического состава она гидрофобна. Состав нефти также определяете физические свойства. Например, такой важный параметр как плотность напрямую зависит от содержания смолисто- асфальтеновых соединений, фракционного состава, присутствия растворённого газа. По плотности нефть разделяют натри группы лёгкая, в которой содержание бензиновых фракций превалирует над концентрацией смоли серы (менее 0,828 г/см
3
), утяжеленная или средняя (0,828-0,884г/см
3
), тяжелая – в её составе много смол (более
0,884 г/см
3
) (Проскуряков, 1995). Вязкость нефти определяется наличием ароматических или нафтеновых циклов
– чем больше их содержится, тем выше вязкость. И наоборот, вязкость снижается при увеличении лёгких фракций или растворённых газов. В среднем, вязкость нефти оказывается в пределах 40-60 мм
2
/с (Эрих, 1977). Теплота сгорания нефти 42-43,7 МДж/кг. Температура начала кипения нефти, как правило, выше С. Температура застывания напрямую зависит от содержания парафинов и находится в интервале от С до +С. Нефть растворяется в органических растворителях, в нормальных условиях может образовывать эмульсии с водой.

8 Фракционный состав является одной из важнейших характеристик качества нефти. Он определяется при лабораторной перегонке, основанной на разной температуре выкипания разных фракций (Проскуряков, 1995). Так, фракции, выкипающие до С называются светлыми дистиллятами. К ним относится петролейный эфир (до С, бензиновая фракция (до С, лигроиновая фракция (С, керосиновая фракция (С, дизельная фракция (С. При температуре С отгоняется газойлевая фракция, выше С – смазочные масла, выше С – гудрон. В 1967 году в нашей стране была утверждена технологическая классификация нефти. Согласно этой классификации, нефть делится на классы (по содержанию серы, типы (по выходу фракций до С группы (по потенциальному содержанию базовых масел) и подгруппы (по индексу вязкости базовых масел) (Проскуряков, 1995). Дизельное топливо – вязкая горючая жидкость, состоящая из средних дистиллятных фракций нефти (как правило, керосиновой и газойлевой), представляющая собой смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, используемая в двигателях внутреннего сгорания железнодорожного и водного транспорта, грузового автотранспорта, а также сельскохозяйственной техники. Согласно российскому стандарту ГОСТ 305-2013 (Топливо дизельное. Технические условия) дизельное топливо выпускается под тремя марками Л – летнее, используемое при температуре выше С, З – зимнее, до С, А – арктическое, до С. Каждая из этих марок в свою очередь разделяется на несколько видов по содержанию серы минимально 10 мг/кг (вид III или ДТ-5); максимально 350 мг/кг (вид
I или ДТ-3). Для каждого сорта и вида и их совокупности ГОСТом предусмотрены свои собственные параметры. Более поздний стандарт, предназначенный для конкретного топлива ЕВРО ГОСТ 32511-2013 Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия, предусматривает более подробное дробление марок на сорта и классы в зависимости от различных характеристик предельная температура фильтруемости, плотность, кинематическая вязкость, цетановое число и т.д. Важнейшими эксплуатационными характеристиками дизельного топлива считаются воспламеняемость, цетановое число, фракционный состав, вязкость, коксуемость, температура вспышки, помутнение, застывание, содержание смолистых и коррозионно-активных соединений (Проскуряков, 1995). Воспламеняемость дизельного топлива определяет легкость пуска и характер работы дизельного двигателя и оценивается при помощи цетановых чисел –

9 процентному содержанию хорошо воспламеняющегося цетана или гексадекана (С
16
Н
34
) в смеси с трудно воспламеняемым α-метилнафталином (С
11
Н
10
) в составе эталонного топлива. Оптимальное цетановое число дизельного топлива – 40-50, иные показатели снижают мощностные и экономические показатели работы двигателя. Его напрямую обуславливает углеводородный состав дизельного топлива. Наивысшим цетановым числом обладают алканы нормального строения – парафины, самые низкие показатели
– у ароматических углеводородов. От фракционного состава дизельного топлива, различного для разных классов, зависит полнота сгорания и токсичность отработанных газов. К примеру, если в составе дизельного топлива превалируют легкие углеводороды, то для их сгорания необходимо меньше кислорода. Вязкость и плотность регулируют подачу топлива, распыление в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования. Содержание сернистых соединений в дизельном топливе отвечает за смолообразование, нагарообразование, коррозию и износ двигателя, а более того приводят к образованию SO2, что наносит ущерб состоянию окружающей среды. Содержание серы обычно составляет – 0,08-0,1 % (Проскуряков, 1995). Согласно ГОСТу 305-82, содержание меркаптановой серы в дизельном топливе не должно превышать 0,01 %, непредельных углеводородов – не более 3%, содержание металлов – 0,2-0,7·10
-4
%.
1.2 Трансформация и распределение нефти по профилю Поданным Пиковского Ю. И, Калачниковой И. Гидр) содержание нефти в почвах резко снижается (вплоть до 40-50%) только впервые месяцы после загрязнения, в последующее время процесс протекает крайне медленно. В почвах закрепляются устойчивые высокомолекулярные и полициклические соединения, как правило, смолисто-асфальтовые компоненты. Их естественное разложение затягивается на длительные периоды. Более лёгкие углеводороды, входящие в состав нефти, или испаряются, или, в результате деятельности адаптировавшихся к новым условиям микроорганизмов, окисляются, переводятся в малоподвижные формы, разрушаются. Среди других факторов, обуславливающих трансформацию нефти, можно выделить тип почвы, климатические условия, водно-воздушный режим, гранулометрический состав, скорость биологического круговорота, кислотность и состав самой нефти (Пиковский, Калачникова, 1985).

10 К обширному фронтальному распределению нефти по профилю почвы, прежде всего, приводит лёгкий гранулометрический состав. При этом нефть забивает поровое пространство почв, ухудшая аэрацию и изменяя водно-воздушный режим, также происходит склеивание структурных отдельностей и увеличение плотности
(Гайнутдинов, Самосова, 1988). В почвах тяжёлого гранулометрического состава нефть распределяется достаточно неравномерно походам корней, трещинам, линзам
(Солнцева, Садов, 1998). Согласно исследованиям Солнцевой Н. П. (1998), распределение нефти в почвах напрямую зависит от свойств самих почв, во многом от их влажности, сорбционных свойства также от типа поллютанта, времени загрязнения. Как правило, тяжёлые фракции сорбируются в вышележащих (особенно органогенных) горизонтах, а низкомолекулярные углеводороды лёгких фракций просачиваются в срединные. Таким образом, вниз по профилю наблюдается дифференциация как в плане концентрации самой нефти, таки содержания её отдельных компонентов. Притом различия могут обнаруживаться не только при смене генетических горизонтов, но ив разных частях одного почвенного слоя. Та же тенденция характера и для попадающих в почву нефтепродуктов. Наряду с фронтальным по профилю происходит и латеральное распределение нефти. Изначально оно сводится к уменьшению содержания поллютанта от эпицентра загрязнения (места загрязнения) к границам. Дальнейшие изменения могут носить неоднозначный характер, зависящий от проходящих в почвах процессов миграции и разрушения нефти. Самый простой случай – уменьшение концентрации поллютанта в верхних горизонтах (при его просачивании в нижележащие слои. Наряду с этим ареал загрязнения может увеличиваться за счёт мигрирующих по профилю и водоносным горизонтам лёгких фракций. Также на распределение нефти по профилю влияет наличие естественных геохимических барьеров в почвах, в роли которых могут выступать органогенные, торфяные, глеевые, иллювиально-глеевые горизонты (Солнцева, Садов, 1998;
Касаткина, Федорова, 2005). Исследования Оборина А. А, Калачниковой И. Гидр) доказывают, что опасность накопления нефти возрастает в географическом плане с юга на север, относительно гранулометрического состава – от песчаных почв к глинистым, в пределах биоклиматических зон – от автоморфных к гидроморфным, от распаханных к целинным. Различна и скорость микробиологического преобразования углеводородов в аридных зонах эти процессы идут намного интенсивнее, чем в гумидных.

11
  1   2   3   4   5   6   7


написать администратору сайта