Сегодня, в условиях нарастающего антропогенного воздействия, над большинством российских нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) нависла масштабная проблема загрязненности грунтов нефтепродуктами.
Загрязнение почв и грунтов нефтью и продуктами ее переработки вызывают сильные, иногда необратимые, повреждения природных экосистем; углеводороды, попадая в зоны низкой плотности и аэрации, фильтруются вплоть до водоносных горизонтов.
Из всех видов загрязнений почвенной среды нефтепродуктами, загрязнение горизонта грунтовых вод является наиболее опасным, так как токсичные вещества могут мигрировать на большие расстояния и, в конечном счете, проникать в поверхностные водоемы.
Следует отметить, что воды всех рек в промышленно развитых странах уже содержат углеводороды. Экспертные оценки, в том числе и Минприроды, говорят о том, что от 5 до 15−20 миллионов тонн нефти в среднем ежегодно попадает в окружающую среду в результате аварийных разливов нефти.
По оценке Мурманского морского биологического института только сибирские реки ежегодно переносят в Северный Ледовитый океан не менее полумиллиона тонн нефти.
Примерно 40 % попавшей в водоем нефти оседает на дно в виде донных отложений, причем осевшие нефтепродукты окисляются в 10 раз медленнее, чем находящиеся на поверхности воды, отравляя окружающую среду. Известно, что нефть и нефтепродукты относятся к числу трудноокисляемых микроорганизмами веществ, поэтому самоочищение водоемов, загрязненных нефтью, происходит на очень больших расстояниях по длине рек, оставляющих 500−900 км.
Все более опасный характер приобретает загрязнение почв и грунтов нефтепродуктами на территориях санитарно-защитных зон НПЗ, особенно тех, которые были введены в эксплуатацию более полувека назад, и за время своего функционирования, в результате различного рода утечек нефти и нефтепродуктов, загрязнение успело глубоко проникнуть в почву.
Среди основных причин загрязнения почвенной среды упомянутых территорий можно отметить:
негерметичность технологических установок,
повреждения магистральной и запорной арматуры
недостаточное уплотнение канализационных систем
проливы сливоналивного оборудования
утечки резервуарного парка
выбросы углеводородов в атмосферный воздух.
На многих НПЗ не решена проблема ликвидации шламонакопителей, иловых карт, представляющих серьезную экологическую опасность для окружающей среды.
Наиболее острая ситуация складывается в местах, где нефтеперерабатывающие заводы расположены в черте городской застройки.
Негативные последствия загрязненных нефтепродуктами экосистем проявляются в токсическом воздействии на прилегающие территории, на санитарные условия жизни и здоровье людей.
К таким предприятиям относятся Московский, Новокуйбышевский, Сызранский, Рязанский, Ухтинский нефтеперерабатывающие заводы.
Ситуацию усугубляет тот факт, что, как правило, все наши отечественные НПЗ строились вблизи крупных рек, которые использовались как источники для водоснабжения и водоотведения.
И сегодня в результате многолетнего загрязнения почвогрунтов нефтью и нефтепродуктами нарушается экологическое равновесие в почвенной системе, а при их проникновении в более глубокие горизонты и подземные воды появляется реальная угроза загрязнения поверхностных водоемов.
Если принять во внимание, что почва не располагает таким фактором очищения, как разбавление, а нефтезагрязненные грунты и подземные воды практически не подвергаются естественной биодеградации, становится очевидным, что защите этих объектов природной среды необходимо уделять особое внимание.
Задача очистки геологической среды от нефтяного загрязнения, формировавшегося в местах расположения отечественных НПЗ не один десяток лет, может быть решена как мерами, предупреждающими утечки углеводородов, так и техническими мерами очистки территорий, включая подземные загрязнения.
Для оценки степени загрязнения от НПЗ и для выбора наиболее приемлемого способа очистки территории технологий необходимо определить локализацию и уровни загрязнений.
В конечном счете, должен быть разработан комплекс технических, а также профилактических мероприятий по очистке и восстановлению загрязненных нефтепродуктами территорий, прилегающих к нефтеперерабатывающим и нефтехимическим предприятиям.
В качестве объекта исследования был выбран Московский НПЗ, (МНПЗ) который находится на юго-востоке города и в нижнем течении реки Москвы. С этим районом связано максимальное количество жалоб от населения на неблагоприятные воздействия (рис. 1).
На этом участке река Москва последовательно принимает, или принимала в прошлом, слева современный сток с Курьяновских станций аэрации, старый сток с этих станций, подземный сток с Западных и Восточных Марьинских прудов, Перекоп, Плинтовку, Носковку (сохранился приустьевый залив) и безымянный приток в южной части Капотни.
Часть перечисленных водных объектов возникла искусственным путем. Что же касается естественных притоков (Плинтовка, Носковка и приток на юге Капотни), то все они почти или совсем уничтожены.
Почти всем этим водотокам не соответствуют даже современные подземные коллекторы, по которым с данной территории осуществляется сброс воды. Поэтому можно считать, что гидрографическая сеть в этой пониженной и плоской части Москвы подверглась максимальной трансформации.
Известно, что для сооружения накопителя нефтешламов очистных сооружений МНПЗ был использован частично засыпанный Капотненский (Чагинский, по другим сведениям, овраг).
На современных картах это видно (рис. 2) по небольшому заливу в районе, примыкающем к очистными сооружениями МНПЗ.
Визуальное обследование территории выявило места нефтепроявления, где и были отобраны пробы грунта и воды.
Расположение пятен нефтепродуктов на крутом откосе построенной дамбы, по которой в настоящее время проходит Проектируемый проезд, говорит о том, что данное сооружение было выполнено без учета геологического строения местности и гидрологического режима данной территории.
Следует отметить, что на данный момент в Российской Федерации ПДК нефтепродуктов в почве не установлена. Эти нормы должны разрабатываться для конкретного района и для конкретного типа почв, на основе анализа массива данных о воздействии нефтепродуктов на различные компоненты экосистем и на здоровье человека.
В соответствии с градацией, разработанной Ю.В. Пиковским , за фоновое значение принимается содержание нефтепродукта в грунтах до 100 мг/кг, концентрация от 100 до 500 мг/кг принимается за повышенный фон.
В соответствии с Приложением 8 к «Методике исчисления размера ущерба вызываемого захламлением, загрязнением и деградацией земель на территории Москвы», утвержденной распоряжением мэра Москвы, допустимым является содержание нефтепродуктов в почве, не превышающее 300 мг/кг.
В соответствии с письмом Минприроды РФ № 04-25 от 27 декабря 1993 г., а также согласно «Методическим рекомендациям по выявлению деградированных и загрязненных земель», разработанным Управлением охраны почв и земельных ресурсов Минприроды России в 1994 г., при содержании нефтепродуктов от 1000 до 2000 мг/кг уровень загрязнения почвогрунтов считается низким, от 2000 до 3000 мг/кг −средним, от 3000 до 5000 −высоким и свыше 5000 мг/кг - очень высоким.
Анализ полученных результатов исследований, проведенных в составе производственного экологического контроля на ОАО «Московский НПЗ», а также материалов инженерно-экологических изысканий 2009 года, показал, что почти во всех пробах содержание нефтепродуктов в грунтах на территории завода превышает 1000 мг/кг.
Поскольку единого нормативного документа, регламентирующего количественное определение нефтепродуктов в почве нет, во всех случаях исследования проводились согласно РД 39-0177098-015-90 «Инструкция по контролю за состоянием почв на объектах предприятий Миннефтепрома» гравиметрическим методом.
Для этого образцы грунтов подвергались экстракции в аппарате Сокслета четыреххлористым углеродом, после чего экстрагент удаляли перегонкой с дефлегматором, доводя остаток до постоянного веса. Определение влажности образцов проводили согласно ГОСТ 28268-89 «Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности», после чего производили пересчет содержания нефтепродуктов на сухую почву. Результаты определений были сведены в табл. 1.
В пробах воды отмечается превышение нормы по содержанию нефтепродуктов: в 1 пробе, взятой из реки Москвы, норма превышена в 14 раз, а в пробе воды из небольшого заливчика реки Москвы в 31 раз. Анализ проб почвы показывает, что концентрация нефтепродуктов варьирует от 1000 до 76 000 мг/кг, что соответствует определению средне-, сильно- и очень сильнозагрязненных почв.
Неравномерность распределения полученных значений подтверждает вывод о неравномерной проницаемости грунтов на пути миграции нефтяного загрязнения с территории МНПЗ. Можно предположить, что в местах, где наблюдается повышенная концентрация нефтепродуктов, пролегает слой с хорошей проницаемостью для нефтепродуктов.
Доказательством наличия источника загрязнения грунтов и воды реки Москвы на территории МНПЗ может быть сопоставление состава хранящихся в шламонакопителе отходов и состава нефтепродуктов на месте нефтепроявления.
Для этого нами было проведено определение группового состава углеводородной части образца, отобранного из предполагаемого места просачивания (проба 2), и углеводорода, выделенного из нефтешлама МНПЗ (образец 2010 г.).
Для определения содержания углеводородов различных групп был применен метод жидкостной хроматографии согласно «Методике определения группового состава сырья методом жидкостной хроматографии» ВНИИ Технического Углерода (1983 г.) с использованием хроматографа ХЖ-1 (ТУ 38.115.203.81).
Методика предполагает использование силикагеля марки КСК (ТУ 38.401230-78).
Для анализа используются свежеприготовленные элюенты: № 1 (для десорбции нафтенопарафиновых углеводородов (далее П-Н), моно-, би-, и полициклических аренов (соответственно МЦА, БЦА, Т+ПЦА) и смол), и № 2 (для десорбции из колонки асфальтенов). Состав элюентов представлен в табл. 2.
Согласно названной Методике, определения проводились для всех образцов после отгона легких фракций до 200 С. Такой подход правомерен, по-скольку известно, что при нахождении на открытом воздухе из нефтепродуктов испаряются именно фракции, выкипающие до 200 С.
Результаты определения группового состава приведены в табл. 3.
Результаты сравнительного анализа группового состава не позволяют сделать вывод о тождественности нефтепродуктов; в то же время различия в показателях группового состава (меньшее количество парафино-нафтеновых и моноциклических ароматических углеводородов, большее количество смол и асфальтенов в пробе 2) позволяет предположить, что ее углеводородная часть является результатом превращений в процессе просачивания, в том числе процессов уплотнения, полимеризации и карбонизации.
В результате этого в нефтепродукте из прибрежных образцов оказалось более высокое содержание циклических, более токсичных углеводородов, а также смол и асфальтенов.
Почву предлагается считать загрязненной нефтепродуктами, если:
наблюдается угнетение или деградация растительного покрова; падает продуктивность сельскохозяйственных земель; нарушается природное равновесие в почвенном биоценозе;
происходит вымывание нефтепродуктов из почв в подземные или поверхностные воды. Последний факт был подтвержден нами экспериментально.
На сегодняшний день степень загрязнения почв нефтепродуктами оценивается по превышению содержания углеводородов над фоновым значением в конкретном регионе.
Значение фонового содержания химических элементов и соединений является важным показателем при оценке загрязненности проб грунта.
В соответствии с ИСО 11074-1:1996 фоновая концентрация − это средняя концентрация вещества в исследуемых почвах, зависящая от геологических и почвообразующих условий, поэтому фоновыми массовыми долями можно считать их концентрации в почвах ландшафтов, не подвергшихся техногенному воздействию, удаленных примерно на 15 км и более от источника выбросов, в зависимости от мощности источника.
При этом почвы фоновых участков и элементы рельефа должны быть аналогами загрязненных.
Рядом авторов указано, что для районов, не ведущих добычу нефти, фоновое содержание нефтепродуктов в почве составляет 40 мг/кг, для нефтедобывающих районов - 100 мг/кг.
Анализ полученных результатов исследований показал, что деятельность нефтеперерабатывающего завода крайне неудовлетворительна в экологическом плане, поскольку значения содержаний нефтепродуктов по всей зоне отбора проб значительно превышают допустимый уровень загрязнений.
Для выхода из создавшейся ситуации необходимо решить проблему реконструкции дамбы в ближайшее время, а в перспективе шламовый пруд, находящийся выше дамбы, должен быть ликвидирован, в противном случае прогнозируется постоянное просачивание нефтепродуктов в Москва-реку.
Автор: Е. Мазлова, Д. Сидоренко, Ю. Анурина (РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина)
