Нефтепродукты в почве и донных отложениях

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ В ПОЧВАХ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Уфа

Издательство УГНТУ

2016

         Лабораторная работа «Определение массовой концентрации нефти и нефтепродуктов в почвах и донных отложениях» предназначена для студентов специальности «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» и «Охрана окружающей среды». Возможно использовать для всех специальностей по дисциплинам «Экология» и «Промышленная экология».

     Методика заключается в экстракции нефти и нефтепродуктов из почв и донных отложений четыреххлористым углеродом, хроматографическом отделении нефти и нефтепродуктов от сопутствующих органических соединений других классов и количественном определении нефтепродуктов по интенсивности поглощения в ИК-области спектра. Объектами исследования могут быть: минеральные (пески, супески, суглинки, глины), органогенные (торф, лесная подстилка), органо-минеральные почвы и донные отложения.

    Цель работы: изучение методики измерения массовой концентрации нефти и нефтепродуктов в пробах почв и донных отложений.

 

Составители:                                          Ягафарова Г.Г., проф., д-р техн. наук

                                                                 Шахова Ф. А., канд. хим. наук, доц.

                                                                      Красильникова С.Ю., инженер

Рецензент                                   Насырова Л.А., доц., канд. хим. наук

                                                   Маллябаева М.И., доц., канд. хим. наук

©Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2016

Содержание

С.

1 Нефтепродукты в почве и донных отложениях                                           4

2 Устройство концентратомера нефтепродуктов ИКН-025                           6

    2.1 Назначение прибора                                                                           6

    2.2 Технические параметры                                                                     7

2.3 Указание мер безопасности                                                               7

2.4 Устройство и принцип работы                                                          8

2.5 Органы управления и индикации                                                     9

2.6 Подготовка к работе, калибровка и проведение измерений        10

2.7 Проведение измерений                                                                    11    

3 Оформление работы и порядок выполнения измерений                           11

    3.1 Метод анализа                                                                                   12

3.2 Приписанные характеристики погрешности измерений и ее составляющих                                                                                                   12

3.3 Средства измерений, вспомогательное оборудование                 13

3.4 Лабораторная посуда                                                                       13

3.5 Реактивы и материалы                                                                     13

3.6 Требование безопасности                                                                13

3.7 Подготовка к выполнению измерений                                           14

3.8 Подготовка реактивов и лабораторной посуды                             14

3.9 Подготовка прибора                                                                         15

3.10 Приготовление градуировочных растворов                                15  

3.11 Установление и контроль градуировочной характеристики     16 

3.12 Подготовка хроматографической колонки                                  16  

3.13 Выполнение измерений                                                                 16

3.14 Обработка результатов измерений                                               17

3.15 Оформление результатов измерений                                            17

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Контрольные вопросы

Использованная литература

 

Нефтепродукты в почве и донных отложениях

Важнейшим источником получения различных углеводородов в промышленности является нефть. Нефть представляет собой маслянистую жидкость обычно тёмного цвета со своеобразным запахом. Она немного легче воды и в воде не растворяется.

Соединения сырой нефти – это сложные вещества, состоящие из пяти элементов – C, H, S, O и N, причем содержание этих элементов колеблется в пределах 82–87% углерода, 11–15% водорода, 2,5–3% серы, 0,1–2% кислорода и 0,01–3% азота.

Углеводороды – основные компоненты нефти и природного газа. Простейший из них – метан CH₄ – является основным компонентом природного газа.

Так как нефть — это смесь углеводородов различного молекулярного веса, имеющих разные температуры кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные нефтепродукты: бензин, содержащий наиболее лёгкие углеводороды, кипящие от 40 до 200°С, с числом атомов углерода в молекулах от 5 до 11; лигроин, содержащий углеводороды с большим числом атомов углерода, с темп. кипения от 120 до 240°С; керосин с темп. кипения от 150 до 310°С и соляровое масло.

Главными источниками загрязнения почвы нефтепродуктами являются разливы нефти и нефтепродуктов (НП), сточные воды и выбросы нефтеперегонных заводов и нефтехимических предприятий, а также вредные отходы химических предприятий, скапливающиеся на свалках.

Сама почва имеет сложный химический состав, причем содержание органических веществ в почве колеблется от <2% до 20% в болотистых почвах. Органические вещества подразделяют на негуминовые вещества и гумус. Негуминовые вещества включают не полностью разложившиеся остатки растений и животных, жиры и дубильные вещества, пектины и гемицеллюлозу, сахара и соответственно полисахариды, легко разлагаемые и поэтому не попадающие под понятие «гумус».

    Гумус определяется как комплексная и довольно устойчивая смесь коричневых или темно-коричневых аморфных коллоидных материалов, которые образуются из тканей многочисленных отмерших организмов – из остатков разложившихся растений, животных и микроорганизмов. Своеобразные физико-химические свойства делают гумус важнейшим компонентом почвы, определяющим ее плодородие; он служит источником азота, фосфора, серы и микроудобрений для растений. Кроме того, гумус повышает катионообменную емкость, воздухопроницаемость, фильтруемость, влагоемкость почвы и препятствует ее эрозии.

    Гуминовые вещества на 35-92% состоят из ароматических соединений, остальное – алифатические органические вещества. Среди ароматических составляющих определены фенолы, хиноны, бензойные кислоты и азотсодержащие гетероциклы.

    Алифатические составляющие – это преимущественно полиэфиры. Гумус содержит также относительно устойчивую полисахаридную фракцию. Кроме того, в гумусе в относительно высокой концентрации содержатся стабильные свободные радикалы.

    Эколого-химическая характеристика качества почвы определяется важнейшими для практического использования химическими данными, такими как общее содержание органических соединений (гумуса), азота (аммонийного, нитратного и связанного с органикой), связанной угольной кислоты (карбонаты кальция и магния), питательных веществ для растений – кальция, магния, калия, фосфора, микроэлементов, а также способность к их биологическому усвоению. При определении качества почвы играют роль и более простые характеристики, например, механический и фракционный состав, значение рН, сухой вес, удельный и насыпной вес, влагоемкость, гигроскопичность, теплота смачивания, объем пор и ионообменная емкость.

    Качественные и количественные изменения при длительном пребывании в почве посторонних органических химических веществ и механизмы их перераспределения в почве до настоящего времени почти не изучены. Тем не менее установлено, что в процессе превращения органических веществ в почве большую роль играют как абиотические, так и биотические реакции, протекающие под воздействием находящихся в почве живых организмов, а также свободных ферментов. Лучше всего изучено поведение в почве наиболее токсичных загрязнителей, таких как ксенобиотики (например, пестициды), хлоранилины, фенолы и др.

    За длительный период связанные остатки антропогенных химических веществ в почве в процессе микробиологического разложения и длительного превращения гуминовых материалов могут снова освобождаться в небольших количествах и тем самым становится биологически активными по отношению к растениям; они требуют постоянного контроля. До тех пор пока они не минерализуются или каким-либо образом не войдут в углеродный обмен веществ, их следует рассматривать как посторонние для окружающей среды вещества.

    В отличие от воды и воздуха, для почвы (и донных осадков) в России не установлены ПДК для суммарного содержания нефтепродуктов. Есть лишь ПДК для бензина (0,1 мг/л) и некоторых ароматических углеводородов (бензол, кумол, стирол, α-метилстирол, толуол и ксилолы), которые лежат в диапазоне 0,1-0,5 мг/кг.

Однако в настоящее время проведена работа по нормированию содержаний НП и нефти в почвах России, результатом которой явилось установление ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) этих загрязнителей. Естественное восстановление плодородия почв при загрязнении нефтью происходит значительно дольше, чем при других техногенных загрязнениях. Резко изменяется водопроницаемость вследствие гидрофобизации, структурные отдельности не смачиваются, а вода как бы "проваливается" в нижние горизонты профиля почвы; влажность уменьшается. Как следствие этого - выпадение одного из главных звеньев ценоза – растительности.

Нефть и нефтепродукты вызывают практически полную депрессию функциональной активности флоры и фауны. Ингибируется жизнедеятельность большинства микроорганизмов, включая их ферментативную активность. Управление процессами биодеградации нефти должно быть направлено, прежде всего, на активизацию микробных сообществ, создание оптимальных условий их существования.

Отмечается большая неоднородность распределения нефтяных компонентов в почвах разных участков нефтепромыслов, что зависит от физических и химических свойств конкретных почвенных разностей, качества и состава поступившей нефти. В результате этого условия самоочищения окружающей среды от токсичных органических веществ техногенного происхождения в ландшафтных зонах и областях России различны.

Попадая в почву, нефть увеличивает общее количество углерода. В составе гумуса возрастает нерастворимый остаток, что является одной из причин ухудшения плодородия. Это, в свою очередь, наносит ощутимый экономический ущерб земледелию. Возрастает отношение C:N. Ухудшается азотный режим, что в случае рекультивации требует внесения повышенных доз азотных удобрений. На окисление 1 г нефти требуется 80 мг азота и 8 мг фосфора. Рекомендуется вносить массированные дозы органических удобрений, что повышает биохимическую и микробиологическую активность почв, быстрее снижает количество остаточной нефти, чем при внесении одних минеральных удобрений.

Почва, обладая свойством дисперсного гетерогенного тела, действует как хромотографическая колонка, в которой происходит послойное перераспределение компонентов нефти. Показано, что угнетение растений начинается, когда количество нефтяных углеводородов (УВ) в почве становится выше 1 кг/м².