195030, г. Санкт-Петербург, ул. Электропультовцев, дом 7, литер М, помещение
16-Н, офис 308
Попадание нефтепродуктов в окружающую среду не заканчивается простым загрязнением конкретного участка почвы или поверхности водоёма. После разлива начинается целый комплекс физических, химических и биологических процессов. Одни компоненты испаряются, другие растворяются в воде, третьи связываются с частицами грунта или постепенно перемещаются вместе с подземными водами. Часть углеводородов со временем разлагается под действием микроорганизмов, однако скорость этих процессов может существенно различаться.
Поведение загрязнения зависит от состава самого нефтепродукта, его количества, свойств почвы, температуры, влажности, глубины залегания грунтовых вод и многих других условий. Поэтому последствия разлива бензина, дизельного топлива, масел или тяжёлых нефтяных фракций могут заметно отличаться.
При экологической оценке важно учитывать не только место первоначального попадания нефтепродукта. Загрязнение способно существовать одновременно в нескольких формах: оставаться в почве, перемещаться в виде отдельной жидкой фазы, переходить в воду в растворённом состоянии или распространяться в виде паров. Именно поэтому обследование загрязнённой территории обычно рассматривает всю систему «почва — грунтовые воды — поверхностные воды — почвенный воздух».
Нефтепродукты представляют собой смеси большого количества углеводородов с различными физико-химическими свойствами. Одни соединения сравнительно легко испаряются, другие лучше растворяются в воде, третьи обладают высокой склонностью связываться с органическим веществом и минеральными частицами почвы.
Поэтому нефтепродукт, попавший в окружающую среду, постепенно разделяется на несколько условных частей.
Наиболее летучие компоненты способны переходить из жидкости в газовую фазу. Этот процесс особенно выражен для лёгких нефтепродуктов и отдельных низкомолекулярных углеводородов. Испарение постепенно изменяет состав оставшегося загрязнения: со временем в нём увеличивается относительная доля менее летучих соединений.
Некоторая часть компонентов контактирует с водой и растворяется в ней. Нефтепродукт в целом практически не смешивается с водой подобно спирту или сахару, но отдельные входящие в его состав вещества обладают определённой растворимостью. Именно растворённые углеводороды способны перемещаться вместе с поверхностными или грунтовыми водами на расстояние от первоначального источника.
Другие компоненты задерживаются почвой. Углеводороды могут сорбироваться на поверхности минеральных частиц и особенно активно взаимодействовать с содержащимся в грунте органическим веществом. Часть жидкого нефтепродукта остаётся в порах между частицами.
Таким образом, первоначальное пятно загрязнения со временем превращается в более сложную систему. В одном месте может сохраняться основная масса нефтепродукта, вокруг неё формируется зона загрязнённой почвы, а растворённые компоненты могут постепенно распространяться с подземными водами.
На поведение вещества сильно влияет его состав. Более лёгкие и растворимые углеводороды обычно отличаются большей подвижностью. Тяжёлые компоненты, напротив, чаще остаются связанными с почвой и значительно медленнее мигрируют в растворённом виде.
Меняется и сам нефтепродукт. Совокупность испарения, растворения, окисления и биологического разложения часто называют естественным выветриванием или старением загрязнения в окружающей среде. В результате состав остатка спустя месяцы или годы может существенно отличаться от состава продукта в момент его попадания в почву.
Это не означает, что загрязнение обязательно исчезает само. Более устойчивые соединения способны сохраняться значительно дольше, а природные процессы протекают с разной скоростью в зависимости от конкретных условий.
После попадания на поверхность нефтепродукт может проникать в грунт под действием силы тяжести и капиллярных процессов. Скорость и глубина такого перемещения во многом зависят от строения почвы.
В крупнозернистом песчаном грунте жидкость обычно способна перемещаться иначе, чем в плотной глинистой почве. Имеют значение размер и взаимное расположение пор, влажность, содержание органического вещества, неоднородность геологических слоёв и наличие трещин.
По мере движения часть нефтепродукта задерживается в порах. Другая часть связывается с поверхностью частиц почвы. Поэтому загрязнение не обязательно представляет собой компактный объём жидкости, который целиком перемещается вниз. Значительная доля продукта может оставаться распределённой внутри грунта.
Если загрязнение достигает уровня грунтовых вод, дальнейшее поведение зависит от плотности и состава нефтепродукта. Большинство распространённых моторных топлив имеет плотность ниже плотности воды. Поэтому отдельная жидкая фаза такого продукта может располагаться преимущественно в районе поверхности грунтовых вод.
При сезонном подъёме и снижении их уровня часть нефтепродукта способна оставаться в порах грунта на разных глубинах. В результате формируется загрязнённая зона, которая значительно шире простой границы между отдельной нефтяной фазой и водой.
Одновременно из источника продолжают выделяться растворимые компоненты. Они попадают в грунтовые воды и могут переноситься вместе с их естественным движением. Так постепенно формируется растворённый шлейф загрязнения.
Воздействие на почву связано не только с присутствием постороннего химического вещества. Значительное количество нефтепродукта изменяет свойства самой почвенной среды. Углеводороды заполняют поровое пространство, воздействуют на движение воды и воздуха и могут менять условия существования почвенных микроорганизмов.
Растения также способны испытывать негативное воздействие. Загрязнение влияет на корневую среду, доступность воды и кислорода, а некоторые компоненты нефтепродуктов обладают непосредственным токсическим действием. Степень такого влияния определяется как концентрацией загрязнения, так и его составом.
При этом внешние признаки не всегда позволяют установить реальную глубину и площадь загрязнённой зоны. Видимое пятно на поверхности может быть лишь небольшой частью участка, затронутого миграцией нефтепродукта. Возможна и обратная ситуация, когда значительная часть продукта удерживается верхними слоями грунта и дальнейшее распространение оказывается ограниченным.
Поэтому экологическая оценка основывается не только на визуальном обследовании, но и на исследовании почвы на различных участках и глубинах.
Поведение нефтепродуктов в поверхностном водоёме заметно отличается от процессов в грунте. Многие нефтяные продукты легче воды и первоначально способны распространяться по её поверхности, формируя плёнку или отдельные пятна.
Дальше начинается перераспределение компонентов. Наиболее летучие соединения переходят в атмосферу, часть растворяется в воде, а отдельные компоненты связываются с взвешенными частицами и донными отложениями. Под действием волн и перемешивания нефтепродукт может распределяться в толще воды в виде мелких капель.
Из-за этого с течением времени загрязнение перестаёт быть только поверхностным. Даже после исчезновения видимой плёнки часть соединений может сохраняться в воде или донных отложениях.
Экологические последствия связаны как с физическим присутствием нефтяной плёнки, так и с химическими свойствами отдельных углеводородов. Загрязнение способно воздействовать на водные организмы, состояние прибрежных экосистем и качество воды. Характер воздействия существенно зависит от вида нефтепродукта и продолжительности контакта.
Для грунтовых вод основной механизм распространения несколько иной. Отдельная жидкая фаза и растворённые компоненты ведут себя по-разному.
Жидкий нефтепродукт может оставаться в районе уровня грунтовых вод и постепенно терять отдельные компоненты. Более растворимые вещества переходят из него в воду. Далее они перемещаются вместе с подземным потоком, одновременно подвергаясь разбавлению, рассеиванию, сорбции и биологическому преобразованию.
Поэтому границы загрязнения подземных вод не обязательно совпадают с границами участка, где находится основная масса нефтепродукта. Растворённые соединения могут образовывать отдельный шлейф по направлению движения грунтовых вод.
Скорость его распространения зависит от проницаемости пород, направления и скорости подземного потока, растворимости конкретных компонентов и степени их сорбции грунтом. На распространение влияют также осадки и поступление воды с поверхности, поскольку они участвуют в пополнении водоносного горизонта.
Особое значение имеет близость источников питьевого водоснабжения, рек, озёр и других чувствительных объектов. Поэтому при обследовании территории важно определить не просто концентрацию нефтепродуктов в одной точке, а возможные пути их дальнейшей миграции.
В окружающей среде постоянно происходят процессы, способные постепенно уменьшать концентрацию нефтяных углеводородов. Среди них испарение, растворение, разбавление, сорбция и различные химические превращения. Одну из наиболее важных ролей играет биологическое разложение.
В почве и грунтовых водах естественным образом присутствуют микроорганизмы, часть которых способна использовать определённые углеводороды в процессах жизнедеятельности. В результате сложные органические соединения постепенно преобразуются в более простые вещества.
Наиболее понятный вариант такого процесса связан с присутствием кислорода. При аэробном разложении микроорганизмы окисляют доступные им углеводороды. Однако биологические процессы способны протекать и при недостатке кислорода с участием других химических соединений среды.
Скорость естественного разложения не является постоянной. Она зависит от температуры, влажности, доступности кислорода и других веществ, состава микробного сообщества, типа грунта и особенностей самих загрязнителей.
Разные углеводороды также разлагаются неодинаково. Некоторые относительно простые соединения могут преобразовываться достаточно активно, тогда как более тяжёлые и устойчивые компоненты сохраняются значительно дольше.
Кроме того, основная масса отдельной нефтяной фазы обычно доступна микроорганизмам хуже, чем компоненты, находящиеся в растворённом или сорбированном состоянии. Поэтому наличие естественного биологического разложения ещё не означает быстрого исчезновения источника загрязнения.
Именно по этой причине понятие естественного самоочищения нельзя трактовать как принцип «достаточно ничего не делать». Возможность использовать естественное затухание загрязнения как часть экологической стратегии должна подтверждаться наблюдениями. Необходимо доказать, что концентрации действительно уменьшаются, зона загрязнения не расширяется до опасных объектов, а природные процессы идут достаточно эффективно.
При долговременном загрязнении состав нефтепродукта постепенно меняется. Наиболее летучие, растворимые и биологически доступные компоненты обычно исчезают быстрее. Остаточная смесь обогащается более устойчивыми соединениями, поэтому темп дальнейшего разложения со временем может снижаться.
В результате возраст загрязнения сам по себе не позволяет определить его экологическую опасность. Старый участок может содержать меньше подвижных компонентов, но сохранять значительное количество устойчивых нефтяных остатков в грунте.
Экологический мониторинг необходим для понимания того, где находится загрязнение, как оно меняется и создаёт ли риск дальнейшего распространения. Одного анализа поверхностного слоя почвы для этого обычно недостаточно.
При обследовании оценивают свойства территории, строение грунтов, положение и направление движения грунтовых вод, наличие поверхностных водных объектов и потенциальных путей переноса загрязняющих веществ. Отбираются образцы почвы и воды, а результаты разных периодов сравниваются между собой.
Лабораторный контроль может включать определение общего содержания нефтяных углеводородов и отдельных групп соединений, характерных для конкретного нефтепродукта. Выбор показателей зависит от природы загрязнения и задач исследования.
Особенно важна динамика. Одно измерение показывает состояние территории в определённый момент. Серия наблюдений позволяет понять, уменьшается ли концентрация, остаётся стабильной или загрязнённая зона продолжает распространяться.
На основании этих данных формируется концептуальное представление об участке: где расположен основной источник, какие компоненты наиболее подвижны, в каком направлении движутся грунтовые воды и какие природные объекты потенциально могут подвергнуться воздействию.
Подход к восстановлению среды выбирают уже с учётом этих особенностей. Универсального метода, одинаково подходящего для каждого нефтяного загрязнения, не существует.
В общем виде задача может включать прекращение поступления нефтепродукта из источника, ограничение дальнейшей миграции, удаление или обработку наиболее загрязнённого материала и постепенное снижение остаточных концентраций. В зависимости от условий применяются физические, инженерные и биологические технологии. В некоторых случаях используется сочетание нескольких методов.
Для загрязнённых почв возможны решения, основанные на удалении или обработке грунта, а также технологии, использующие способность микроорганизмов разрушать нефтяные углеводороды. При загрязнении подземных вод могут применяться методы контроля и обработки как самого источника, так и сформировавшегося растворённого шлейфа.
Отдельным подходом является контролируемое естественное затухание. Оно основано на использовании уже происходящих в среде процессов — биодеградации, сорбции, разбавления и других механизмов. Но такой вариант требует доказательства его эффективности и регулярного мониторинга. Простое ожидание без наблюдения за состоянием территории не является экологическим контролем.
Цель восстановления также не сводится к механическому удалению абсолютно каждой молекулы нефтепродукта. В современной практике оцениваются прежде всего реальные пути распространения загрязнителей и возможность их воздействия на людей, воду и экосистемы. Поэтому решение принимается с учётом особенностей конкретной территории и результатов исследований.
Для компаний, работающих с нефтепродуктами, в том числе «Магма-Дизель», понимание этих процессов важно прежде всего с точки зрения ответственного обращения с продукцией и предотвращения загрязнения окружающей среды. Предупреждение утечки значительно эффективнее последующего восстановления почвы и водных объектов.
Таким образом, после попадания нефтепродукта в окружающую среду его компоненты начинают перераспределяться между почвой, водой и воздухом. Часть углеводородов испаряется, часть растворяется и переносится водой, другие вещества удерживаются частицами грунта или остаются в виде отдельной нефтяной фазы. Одновременно начинаются химические и биологические процессы, постепенно изменяющие состав загрязнения.
Естественное разложение способно существенно уменьшать содержание многих нефтяных углеводородов, но его скорость зависит от условий среды и не гарантирует самостоятельного быстрого восстановления участка. Поэтому загрязнённые территории требуют профессиональной оценки, лабораторного контроля и наблюдения в динамике. Только после этого можно определить, какие меры восстановления необходимы и насколько эффективно уменьшается экологическая нагрузка.