Загрязнение окружающей среды нефтепродуктами и их опасность для здоровья человека

                                    2. Нефтяное загрязнение 

    Добыча  полезных ископаемых, их переработка  и транспортировка тяжело сказываются  на состоянии и плодородии почвенного покрова Земли. Общеизвестно, что  хорошие почвы - это обильное плодородие. Но почвы на нашей планете играют и другую, менее известную, но не менее важную роль. В почвенном покрове Земли и ее гумусовой оболочке сосредоточена основная доля живого вещества суши и его биогенной энергии. Отсюда экологическая система «почва – организмы» оказывается одним из главнейших механизмов формирования всей биосферы, ее стабильности и продуктивности в целом.

    Загрязнение нефтепродуктами создает новую экологическую обстановку, что приводит к глубокому изменению всех звеньев естественных биоценозов или их полной трансформации. Общая особенность всех нефтезагрязненных почв - изменение численности и ограничение видового разнообразия педобионтов (почвенной мезо- и микрофауны и микрофлоры). Типы ответных реакций разных групп педобионтов на загрязнение неоднозначны.

    Происходит  массовая гибель почвенной мезофауны: через три дня после аварии большинство видов почвенных животных полностью исчезает или составляет не более 1% контроля. Наиболее токсичными для них оказываются легкие фракции нефти.

    Комплекс  почвенных микроорганизмов после  кратковременного ингибирования отвечает на загрязнение нефтепродуктами повышением валовой численности и усилением активности. Прежде всего, это относится к углеводородокисляющим бактериям, количество которых резко возрастает относительно незагрязненных почв. Развиваются «специализированные» группы, участвующие на разных этапах в утилизации УВ.

    Максимум  численности микроорганизмов соответствует горизонтам ферментации и снижается в них по профилю почв по мере уменьшения концентраций УВ. В процессе разложения нефтепродуктов в почвах общее количество микроорганизмов приближается к фоновым значениям, но численность нефтеокисляющих бактерий еще долгое время превышает те же группы в незагрязненных почвах (южная тайга 10-20 лет).  
         Изменение экологической обстановки приводит к подавлению фотосинтезирующей активности растительных организмов. Прежде всего, это сказывается на развитии почвенных водорослей: от их частичного угнетения и замены одних групп другими до выпадения отдельных групп или полной гибели всей альгофлоры. Особенно значительно ингибирует развитие водорослей сырая нефть и минеральные воды. Изменяются фотосинтезирующие функции высших растений, в частности злаков.  
        Эксперименты показали, что в условиях южной тайги при высоких дозах  
загрязнения - более 20 л/кв.м растения и через год не могут нормально  
развиваться на загрязненных почвах.

      Исследования показали, что в загрязненных почвах снижается активность большинства почвенных ферментов. При любом уровне загрязнения ингибируются гидролазы, протеазы, нитратредуктазы, дегидрогеназы почв, несколько повышается уреазная и каталазная активности почв.  
        Дыхание почв также чутко реагирует на загрязнение нефтепродуктами. В первый период, когда микрофлора подавлена большим количеством УВ,  
интенсивность дыхания снижается, с увеличением численности микроорганизмов интенсивность дыхания возрастает.

    Исследование  трансформации нефти, попавшей в  почву  в  результате  разливов или утечек в местах хранения или транспортировки, необходимо  для  понимания механизмов самоочищения  и  восстановления  почв,  нарушенных  техногенезом.

    Знание  стадий трансформации нефти позволит определить  давность  загрязнения и  сроки   восстановления   почв,   повысить   эффективность   контроля за загрязнением среды нефтью и  нефтепродуктами.  Окисление отдельных классов УВ, входящих в  состав  нефти,  в  частности  микробиологическое  окисление, изучается в настоящее время довольно подробно, существует  достаточно  много работ по этим  вопросам  (Н.  М.  Исмаилов  1985,  Ф.  Х.  Хазиев  1981,  М. А. Глазовская 1979 и др. ). Авторы выделяют следующие  наиболее  общие  этапы трансформации нефти:

    -Физико-химическое и частично микробиологическое разрушение алифатических УВ.

    - Микробиологическое разрушение  низкомолекулярных  структур  разных  классов, новообразование смолистых веществ.

    - Трансформация   высокомолекулярных   соединений   - смол, асфальтенов, полициклических УВ.

    В соответствии с этапами биодеградации  происходит  регенерация  биоценозов. Процессы идут  разными  темпами  на  разных  ярусах  экосистем.  Значительно медленнее, чем микрофлора и  растительный  покров,  формируется  сапрофитный комплекс  животных.   Полной   обратимости   процесса,   как   правило,   не наблюдается.  Наиболее   сильная   вспышка   микробиологической   активности приходится на второй  этап  биодеградации  нефти.  При  дальнейшем  снижении численности всех групп микроорганизмов до контрольных значений,  численность углеводородокисляющих организмов на многие годы остается  аномально  высокой по сравнению с контролем.

    Ю.И.   Пиковский   (1988)   отмечает,   что   при    нефтяном    загрязнении взаимодействуют  три  экологических  фактора: 

      а) сложность,   уникальная поликомпонентность  состава  нефти,  находящегося  в  состоянии  постоянного изменения; 

    б)  сложность,  гетерогенность   состава   и   структуры   любой экосистемы, находящийся в процессе  постоянного  развития  и  изменения; 

    в) многообразие и  изменчивость  внешних  факторов,  под  воздействием  которых находится   экосистема:   температура,   давление,  влажность,    состояние атмосферы,  гидросферы  и  др. 

    Исходя  из  этого,   оценивать   последствия нефтяного загрязнения необходимо с учетом конкретного  сочетания  этих  трех групп факторов.

    Рассматривая  общие  закономерности  трансформации  нефти  в   почве,   Ю.И. Пиковский (1988) отмечает, что нефть - это высокоорганизованная  субстанция, состоящая из множества различных компонентов. Она деградирует в почве  очень медленно,   процессы   окисления   одних   структур   ингибируются   другими структурами, трансформация отдельных соединений идет  по  пути  приобретения форм,  трудноокисляемых  в   дальнейшем.   На   земной   поверхности   нефть оказывается в другой обстановке -  в  аэрируемой  среде.  Основной  механизм окисления УВ разных классов в аэробной среде следующий: внедрение  кислорода в молекулу, замена связей с малой энергией  разрыва  (С-С,  С-Н)  связями  с большой энергией, следовательно, процесс протекает самопроизвольно.

    Главный абиотический  фактор  трансформации  -  ультрафиолетовое  излучение.

    Фотохимические   процессы   могут   разлагать    даже    наиболее    стойкие полициклические УВ за несколько часов.

    Конечные  продукты метаболизма нефти в  почве следующие:

    -Углекислота, которая может связываться в карбонаты, и вода.

    -Кислородные  соединения  (спирты,  кислоты,  альдегиды,   кетоны),   которые частично входят в почвенный гумус, частично растворяются в воде и  удаляются из почвенного профиля.

    -Твердые  нерастворимые  продукты   метаболизма   -   результат дальнейшего уплотнения  высокомолекулярных  продуктов  или  связывания  их   в   органо-минеральные комплексы.

    -Твердые корочки высокоминеральных компонентов  нефти  на  поверхности  почвы (киры).

    Вместе  с тем изучению трансформации  всей  системы  соединений,  входящих  в состав нефти, на  природных  моделях  уделялось  еще  мало  внимания.  М.  А. Глазовская., Ю. И Пиковский. (1985) отмечают,  что  главной  целью  изучения загрязнений природной среды  является  быстрейший  возврат  непригодных  для использования земель в сельскохозяйственное производство, восстановление  их первоначальной   продуктивности   или   рекреационных   качеств.    Скорость разложения нефти по данным разных авторов различается в пять  и  более  раз, восстановление   первоначальной   продуктивности   земель    при    активной рекультивации  происходило  в  одних  случаях  в  течение  года,  в   других растягивалось от нескольких лет до 12 и более.  Так,  А.  А  Оборин.,  И.  Г. Калочникова.,  Т.  А  Масливец.   (1988),   изучая   процессы   самоочищения нефтезагрязненных   почв   Предуралья   и   Западной   Сибири   на   примере экспериментальных пробных  площадок,  выделили  следующие  этапы  деградации нефти в почве:

    I  этап  (первые  1-1,5  года).  Имеют   место  физико-химические   процессы:

    распределение  УВ  по  профилю,   испарение,   вымывание,   ультрафиолетовое облучение.  К  концу  первого  года  полностью  исчезают   н-алканы.   Биота подавлена,  идет  адаптация  к  новым  условиям  и   постепенное   повышение количества микроорганизмов, особенно углеродокисляющих.

    II этап (3-4 года). Частичная  биохимическая   деструкция  сложных  гибридных молекул, изменение состава нефти.  Вспышка  численности  микроорганизмов,  к концу этапа - ее снижение.

    III этап (для исследуемых зон через  58-62 месяца).  Исчезновение  остаточной нефти в исходных и вторичных парафиновых УВ.

    Нефть и нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих объекты окружающей среды, в том числе и морские воды. Они оказывают вредное воздействие на многие живые организмы и на все звенья трофической цепи. Попадание нефтепродуктов в природные водоемы вызывает изменение качества природных вод, что проявляется в увеличение численности бактерий, в изменении органолептических свойств воды, в увеличении концентрации растворимых органических соединений, в том числе и таких токсичных как фенолы, нафтолы и др., в росте содержания биогенных  
элементов, в интенсивном развитии зоо- и фитопланктона.

    Нефтяное  загрязнение угрожает, прежде всего, морским и прибрежным экосистемам. Основные его причины следующие:

    - аварии нефтеналивных судов (танкеров) в результате столкновений, пожаров или крушений;

    - утечка нефти из береговых  резервуаров;

    - промывание грузовых емкостей  танкеров в море.

    Такие примеры очень серьезны, однако загрязнения, вызванные ими, составляют лишь небольшую долю от общего количества загрязнений нефтяными углеводородами акватории мирового океана. Большинство нефтяных загрязнений океана не являются результатами несчастных случаев, привлекающих к себе так много внимания.

    Таблица 1. Распределение вклада в загрязнение мирового океана нефтью различных источников.

    Так сколько же нефти ежегодно попадает в Мировой океан из различных  источников в результате деятельности человека? Несмотря на ненадежность существующих оценок, большинство авторов придерживается мнения, что количество этой нефти равно 5 млн. т. Однако некоторые эксперты оценивают его в 10 млн. т. Поскольку 1 тонна нефти, растекаясь по поверхности океана, занимает площадь 12 км², Мировой океан, вероятно, уже давно покрыт тонкой поверхностной пленкой углеводородов.

    Из  ранее приведенной Таблицы 1 видно, что реки и городские стоки, например, дают почти такой же вклад в загрязнения, как и транспортирование. Значительная доля нефтяных углеводородов осаждается в районах больших городов, попадая сюда из разных источников. К ним относятся системы отопления, работающие на нефти, операции обслуживания автомобилей, свалки израсходованных смазочных материалов, смазочные материалы, охлаждающие эмульсии и т. д. Дожди неизбежно вымывают эти остатки вначале в дренажные сооружения, а затем в воду. Все это приводит к загрязнению источников воды и водоносных слоев.

    Поскольку бензин проникает в почву в семь раз быстрее, чем вода, и придает неприятный вкус питьевой воде даже при таких низких концентрациях, подобное загрязнение способно сделать неприемлемой для питья довольно значительное количество подземных вод. Кроме того, следует отметить, что воды всех рек в промышленно развитых странах содержат углеводороды. Так, Рейн в своем нижнем течении переносит около 12000 т нефтепродуктов в день.

    Как правило, половина нефти, загрязняющей природные водоемы, - это отработанное масло автомобильных и промышленных двигателей, попадающее в водоемы с промышленными сточными водами и дождевыми потоками. Любой, кто осмелится слить масло или горючее в природный водоем в пределах США, подвергается крупному штрафу, однако до сих пор в США мало общедоступных мест для сбора таких отходов, как отработанное масло из автомобильных двигателей. Вот почему отработанное масло чаще всего обнаруживается на земле у автостоянок и гаражей. Отсюда нефть и техническое масло попадают в близлежащие природные водоемы.

    Огромное  количество нефти выносят в океан реки из нефтедобывающих районов и промышленных центров. Особенно сильно загрязнены устья рек. Например, на дне Обской губы (Обь протекает через главные месторождения Западной Сибири) осевшая нефть составляет местами 10% донных осадков (ила и песка). Примерно 40 % попавшей в водоем нефти оседает на дно в виде донных отложений, причем осевшие на дно нефтепродукты окисляются в 10 раз медленнее, чем находящиеся на поверхности воды.