Техногенные скопления углеводородов в пределах промышленных зон Урала появились в годы Великой Отечественной войны, когда как резервуары для накопления топочного мазута использовались нефтяные ямы. Подобные объекты известны в пределах промышленной зоны завода Уралмаш (г. Екатеринбург), Усть-Сюзве (Пермская область), куда впоследствии свозились отходы топочного мазута с «Волготанкера», и сейчас объем скопившихся в девяти ямах нефтешламов оценивается в 15 тыс. т. В Усть-Сюзве с середины 90-х годов начались работы по ликвидации этих образований: проведено электроснабжение, построена подъездная дорога. Однако эти работы были приостановлены: отходы мазута предполагалось использовать при производстве строительного битума, но такой битум будет дороже обычного, и его производство признано нерентабельным.
Бывший котлован (нефтеяма) с мазутом на территории завода Уралмаш имел прямоугольную форму, глубину до 7, ширину 44 и длину 109 м. Стенки его были земляные, вследствие чего котлован с остатками застывшего мазута был засыпан грунтом при общем объеме его смеси с мазутом около 4,9 тыс. м3, утилизация загрязненных мазутом суглинков здесь также довольно проблематична.
Помимо вызванных суровой военной необходимостью бывших мест открытого складирования нефтепродуктов имеются многочисленные объекты скопления углеводородов, связанные, вероятно, с нарушением технологического режима. Так, К. В. Алексейчуком и др. [10] приводятся данные по загрязненной нефтепродуктами территории на станции Осенцы Пермского отделения железной дороги, связанной со строительством Пермского нефтеперерабатывающего завода в середине прошлого века. На территории между двумя железнодорожными насыпями шириной 25 м и длиной около 700 м здесь имеются загрязненные участки с мощностью слоя нефтепродуктов 1,3 м и содержанием нефтепродуктов 700-800 г/кг, скопление нефтепродуктов наблюдается и в зарастающем озере.
В Оренбургской области техногенные скопления нефтепродуктов, связанные с утечками нефти и нефтепродуктов с территорий различных предприятий, в частности, с нефтеперерабатывающих заводов, уже используют для последующей утилизации, что снижает уровень деградации геологической среды [6].
В пределах промышленных зон Уральского региона можно выделить два вида органического загрязнения окружающей среды: 1) связанное с технологическими потерями нефтепродуктов; 2) связанное с накопителями нефтепродуктов.
Органическое загрязнение, связанное с технологическими потерями нефтепродуктов, выявлено в пределах промышленной зоны завода Уралмаш на территории мазутохранилища. К моменту исследования этого объекта за более чем 30 лет его существования за счет сброса на рельеф горячих вод с мазутом (конденсат пара, используемого для разогревания резервуаров с мазутом) было сформировано небольшое озеро, покрытое слоем мазута, в которое «впадают» дренажные канавы, а из озера вытекает ручей (расход в межень 0,15 м3/с), сток которого зарегулирован прудами-нефтеловушками. Количество мазута в озере составляет около 0,7 тыс. м3 (при площади распространения скоплений мазута около 500 м2 и мощности от 0,01 до 0,30 м). Территория мазутохранилища в основном покрыта насыпными (техногенными) грунтами, в ее пределах развита сорная травяная растительность, по периферии - кустарники, тополя и березы. Результаты исследований компонентов природной среды приведены в табл. 1. В грунтах повсеместно фиксируются повышенные содержания нефтепродуктов при максимальном значении 2200 мг/кг на берегу озера. Превышают предельно-допустимые концентрации (ПДК) для почв и тяжелые металлы: Cu, Pb, Cr, Ni и V. Повышенные концентрации цинка, хрома и марганца выявлены в золе стеблей
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов и нефтепродуктов в компонентах природной среды мазутохранилища завода Уралмаш
|
№ п.п |
Компоненты природной среды |
Нефтепродукты мг/кг |
Тяжелые металлы, мг/кг |
||||||||
|
Cu |
Zn |
Pb |
Cr |
Ni |
Co |
V |
Mn |
||||
|
1. |
Среднее по грунтам (9 проб) |
344,4 |
118,9 |
83,3 |
29,8 |
270 |
102,2 |
26,4 |
178,9 |
1188,9 |
|
|
2 |
Зола стеблей камыша* |
|
10 |
1000 |
20 |
300 |
30 |
10 |
50 |
15000 |
|
|
3 |
Зола листьев кустарника и березы* |
|
70 |
100 |
100 |
500 |
5 |
2 |
50 |
500 |
|
|
4 |
Зола мазута Проба №2* |
|
50 |
300 |
20 |
5000 |
10 |
20 |
1000 |
5000 |
|
|
5 |
Проба №5* |
|
30 |
500 |
10 |
3000 |
10 |
20 |
1000 |
1000 |
|
|
ПДК для почв |
100 |
300 |
32 |
100 |
50 |
50 |
150 |
1500 |
|||
*Данные завода Уралмаш.
камыша, свинца, хрома и марганца в золе листьев кустарника и березы. Для золы мазута характерны повышенные содержания цинка, хрома, ванадия и марганца, что позволяет сделать вывод о связи в пределах территории мазутохранилища загрязнения тяжелыми металлами с органическим загрязнением. Ранее подобные данные о связи органического загрязнения в районах нефтедобычи и загрязнения тяжелыми металлами были приведены Б. А. Бачуриным [3].
В гидрогеологическом отношении территория приурочена к Большеуральскому бассейну корово-блоковых вод трещинного типа. Воды грунтовые, на территории мазутохранилища уровень воды фиксируется на глубине 2,9 м (абс. отметка 266 м). Химический состав подземных вод свидетельствует об устойчивом их загрязнении в промзоне: минерализация повышенная (>1000 мг/л), окисляемость до 32,39 О2 мг/л; содержание нефтепродуктов 10,8 мг/кг.
Мазутохранилище находится в бассейне искусственного ручья под условным названием «Мазутный», который впадает в реку Ольховка. Содержание нефтепродуктов в воде в 1990 г. составляло до одного и первые мг/л; в 1991 г. десятки мг/л; в 2000 г. - 43 мг/л - (разовая проба, гравиметрический метод с экстракцией четыреххлористым углеродом). Высокое содержание нефтепродуктов в ручье объясняется уменьшением объема стока с территории мазутохранилища в связи с изменением технологии перекачки нефтепродуктов.
Реабилитация природной среды мазутохранилища предполагает прежде всего санацию грунтов, включающую сбор нефтепродуктов и последующую обработку грунтов различными способами: механическим, термическим, электромагнитным, агротехническим, что позволяет привести территорию в соответствие с природоохранными требованиями.
Исследование нефтепродуктов в водном объекте выполнено для одной из секций шламонакопителя Первоуральского новотрубного завода. Сброс нефтепродуктов производился здесь в секцию шламонакопителя № 2, которая представляет собой замазученный водоем овальной формы, вытянутый в северо-восточном направлении (около 300 м), шириной около 200 м, при уровне воды 286,87 м имеющий площадь водной поверхности 4,49 га, объем воды 88,88·103 м3 и среднюю глубину 1,98 м при максимальной 4,30. На водной поверхности накопителя, кроме разводов маслянистых пятен, наблюдается дрейф слоя густой коричнево-черной пленки, перемещающейся по акватории в направлении наветренного берега, рис. 1. Нефтепродукты, представленные преимущественно мазутом, под влиянием ветра перемещаются от одного края секции к другому при видимой толщине тела нефтепродуктов более 1 м и площади ≈8400 м2. Расчет объема нефтепродуктов по формуле клина (максимальная мощность - вблизи берега) дает приближенный их объем порядка 4200 м3. Загрязнение нефтепродуктами локализовано вдоль внутренней стороны
|
|
|
Рис. 1. Распространение нефтепродуктов в шламонакопителе
дамбы и определяется колебаниями уровня воды в шламонакопителе. Исследование нефтепродуктов верхнего и нижнего слоя (ФГУ «ЦЛАТИ» по УрФО) показало, что хроматограммы имеют вид, типичный для мазута: характерный «горб» в области удерживания нормальных предельных углеводородов в пределах от С20 до С40. Содержание нефтепродуктов в верхнем слое составляет 163073 мг/кг, в нижнем - 12062 мг/кг.
Химический состав поверхностных вод шламонакопителя вне пределов нефтяного пятна гидрокарбонатный кальциево-магниевый, сумма минеральных солей составляет 0,23 г/л, рН 7,95, содержание взвешенных веществ 143,8 мг/л. В воде в высоких концентрациях обнаружены железо - 5,0 мг/л (16,7 ПДК), и свинец - 0,031 мг/л (3,1 ПДК). Содержание нефтепродуктов - 0,20 мг/л.
Водоносный горизонт аллювиальных отложений образует совместно с водоносным комплексом зон трещиноватости песчанико-сланцевых образований единый водоносный безнапорный комплекс. Подземные воды этого комплекса встречены на глубине 4,5-9,5 м, установившиеся уровни зафиксированы на глубине 2,98-7,50 м, что соответствует абсолютным отметкам 286,35-285,28 м. Поток подземных вод имеет южное, юго-западное направление в сторону долины р. Шайтанка и р. Чусовая. Уклон потока подземных вод изменяется от 0,014 в южной части участка в долине реки, до 0,073 на приводораздельном склоне. Под шламонакопителем наблюдается искажение потока подземных вод в связи с формированием купола растекания подземных вод.
Результаты определения тяжелых металлов в грунтах дамбы показали наличие во всех
пробах повышенных концентраций меди, хрома, никеля, ванадия, в большинстве проб - свинца и цинка, в единичных пробах - олова, серебра, кобальта, титана и вольфрама.
Распределение тяжелых металлов определяется загрязненностью материала дамб по внутренним откосам нефтепродуктами - максимальные концентрации цинка (5000 мг/кг - 16,7 ПДК), свинца (5000 мг/кг - 156,3 ПДК), а также олова (60 мг/кг - 6 ПДК), серебра (2 мг/кг - 4 ПДК), вольфрама (10 мг/кг - 2 ПДК), кадмия (15 мг/кг - 10 ПДК) выявлены в замазученных грунтах юго-западной части шламонакопителя. Результаты анализа подвижных форм тяжелых металлов также показывают связь их с нефтепродуктами, которая выражается в более высоких концентрациях подвижных форм меди и цинка с максимальным содержанием нефтепродуктов. В целом концентрации подвижных форм тяжелых металлов в грунтах невысокие: Cu - 0,078-0,284 мг/кг, Zn - 0,132-0,986 мг/кг, Pb - 0,375-0,626 мг/кг, Cr - 0,042-0,33 мг/кг, Cd - <0,005 мг/кг, Ni - 0,108-0,215 мг/кг. Содержание нефтепродуктов варьирует от 1,52 до 104,0 мг/кг.
Донные отложения в шламонакопителе представлены илистыми образованиями серого, черного цвета, замазученные, с запахом нефтепродуктов. В них выявлены повышенные содержания валовых (50 ПДК), цинка (23,3 ПДК), свинца (9,4 ПДК), олова (1,5 ПДК), серебра (1,4 ПДК), молибдена (4 ПДК), хрома (18 ПДК), никеля (14 ПДК), а также сурьмы (4,4 ПДК), мышьяка (75 ПДК) и кадмия (6,7 ПДК).
Содержания подвижных форм тяжелых металлов в донных отложениях не высоки, составляя: Cu - 0,019-0,703 мг/кг, Zn - 0,053-0,119 мг/кг, Pb - 0,375-0,500 мг/кг, Cr - 0,042-0,083 мг/кг, Ni - 0,161-0,215 мг/кг, Cd <0,005 мг/кг, что может свидетельствовать о их нахождении в донных отложениях в сорбированном виде. Содержания нефтепродуктов в донных отложениях составили 247,5-467,5 мг/кг. Высокие содержания нефтепродуктов, обусловлены, вероятно, их сорбцией глинистыми, илистыми частицами.
Таким образом, очевидны два источника поступления тяжелых металлов в донные отложения и грунты. Первый - воздействие выбросов производственных процессов, второй - содержащиеся в нефтепродуктах тяжелые металлы. Так, в золе нефти содержатся [8]: Cu - 0,067 %, Zn - 0,142 %, Pb - 0,14 %, Ni - 7,86 %, V - 25,0 %, Te - 3,86 % (данные для нефти Урала и Поволжья). В мазуте [9] содержатся: Cu - 40 мг/кг, Zn - 400 мг/кг, Pb - 25 мг/кг, Ni - 10 мг/кг, V »1000 мг/кг, Co »20 мг/кг, Cr - 4000 мг/кг, As - 300 мг/кг, Sn - 40 мг/кг. Отметим, что согласно [1] при концентрации нефти свыше 2 г на 1 кг почвы происходит необратимое угнетение растений.
Территория шламонакопителя является резко дифференцированной по суммарному показателю химического загрязнения (Zc). Периферийная, верхняя часть дамб в слабой степени загрязнена ассоциацией тяжелых металлов, значения Zc здесь колеблются в пределах от 3,6, до 10,5 (слабо опасная категория загрязнения почв). По внутренней части дамбы для замазученных грунтов значения Zc варьируют от 23,4 до 237,8 (чрезвычайно опасная категория загрязнения почв).
С целью определения возможного влияния шламонакопителя на состояние подземных и поверхностных вод проведено единовременное гидрогеохимическое опробование воды шламонакопителя, подземных вод, поверхностных вод р. Шайтанка, а также скважин хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения в районе размещения шламонакопителя. Химический состав поверхностных вод р. Шайтанка вне зоны влияния шламонакопителя гидрокарбонатный магниево-кальциевый, сумма минеральных солей 0,17 г/л, величина окисляемости составляет 4,60 мгО2/л, содержание взвешенных веществ 36,9 мг/л. В воде наблюдаются высокие концентрации железа - 3,33 мг/л (11 ПДК) и свинца - 0,062 мг/л (6,2 ПДК). В зоне влияния шламонакопителя состав вод также гидрокарбонатный магниево-кальциевый, сумма минеральных солей 0,15 г/л, величина окисляемости составляет 6,30 мгО2/л, содержание взвешенных веществ 31,8 мг/л, отмечаются высокие концентрации железа - 0,71 мг/л (2,4 ПДК) и свинца - 0,062 мг/л (6,2 ПДК).
Распространение нефтепродуктов происходит в юго-западном и восточном направлении от шламонакопителя по потоку подземных вод, при этом распространение загрязнения в восточном направлении происходит при формировании купола растекания подземных вод под телом шламонакопителя. Под влиянием слоя нефтепродуктов на поверхности потока происходит метаморфизация макрокомпонентного состава грунтовых вод, которая в анаэробной обстановке может служить признаком наличия слоя свободных нефтепродуктов на поверхности грунтовых вод [2]. В целом загрязнение нефтепродуктами в пределах шламоотстойника выражается в загрязнении техногенных вод собственно шламоотстойника, периферийных частей дамб, накоплении нефтепродуктов в донных отложениях и слабом воздействии на подземные воды.
В качестве выводов необходимо отметить достаточно локальное распространение органического загрязнения в пределах шламонакопителя, тогда как в пределах территории мазутохранилища его территория более значительна, в том и другом случае с органическим загрязнением связано и загрязнение тяжелыми металлами. Реабилитация природной среды подобных экологически неблагополучных территорий может быть проведена различными методами, однако на начальном этапе необходимо выполнение сбора и последующей утилизации нефтепродуктов.
Рецензенты:
- Болтыров Владимир Боскаевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор, профессор кафедры геологии и защиты в чрезвычайных ситуациях, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», г. Екатеринбург.
- Косинова Ирина Ивановна, доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующая кафедрой экологической геологии, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет», г. Воронеж.