Загрязнение почвы н водоемов в зоне аэропортов
Под загрязнением гючвы понимают изменение ее физикохимического состава из-за внесения веществ, вредных для живых организмов (бактерий, микроорганизмов, грибов, членистоногих и др.), а также растительного покрова и животного мира, здоровья человека. Истощение почвы - это снижение плодородия, уменьшение питательных веществ, слоя гумуса, нарушение структуры (проницаемости, комковатости и др.).
Непосредственно контактируют с почвой растения. Прямое воздействие на человека вносимых в почву загрязнений может быть лишь в частных случаях попадание земли на рану, работа в условиях сильной запыленности, сильное загрязнение пищевых продуктов. Как правило, опасные загрязняющие вещества попадают в живые организмы через цепи «почва-растения-человек» и «почва-растения-животные-человек».
Авиация влияет на экологическое состояние почвы, прежде всего, в зонах расположения аэропортов. Комплексы крупных аэропортов занимают площади в десятки квадратных километров. Кроме того, из-за шумовых и химических загрязнений окружающей среды территория вокруг аэропорта в радиусе километра и более ограниченно пригодна для использования.
Основными источниками загрязнений являются авиационно-технические базы, воздушные суда, спецавтотранспорт, авиаремонтные мастерские, объекты управления воздушным движением, склады ГСМ, включая авиационно-химические работы, а также загрязнения вследствие авиационно-химических работ. Аэропорт как основная производственная единица отрасли, сосредоточивающая главный комплекс авиатранспортных работ, может рассматриваться как целостный суммарный источник вредных факторов.
Почва, поверхностные водоемы, грунтовые воды загрязняются производственными и поверхностными стоками дождевых, талых и поливочных вод с загрязненных территорий аэропорта. Поверхностный сток с территории аэропорта, прежде всего, от взлетно-посадочной полосы, рулежных дорожек и мест стоянок, загрязнен нефтепродуктами, химреагентами, применяемыми для борьбы с оледенением, различными химическими соединениями, образующимися при работе двигателей.
Результаты исследований, проведенных американскими специалистами в аэропортах Даллас, Вашингтон, Чикаго и Канзас-Сити показали, что в этих аэропортах в районе перронов, мест стоянки, а также в местах размещения ангаров и мастерских ежегодно в почву поступает до 36 т различных веществ, в частности, углеводородов, химических составов, используемых для мойки самолетов, противогололедных средств, минеральных и органических масел, фенолов и др. Особенно велико загрязнение почвы из-за утечек и пролива топлива. Так, например, доля углеводородов в общем объеме загрязнения почвы в аэропорту Чикаго составляет 75-80 %. Большое количество продуктов загрязнения попадает в почву и распространяется в ней на большие расстояния вместе с поверхностными и почвенными водами, нарушая нормальную жизнедеятельность почв, загрязняя подземные воды и поверхностные водоемы. Исследования, проведенные ВНИИ охраны вод, показали, что поверхностный сток с территории аэропорта характеризуется высоким содержанием примесей вредных для почв и водоемов веществ: нефтепродуктов, органических примесей, этиленгликоля, аммонийного азота и др.
В результате исследований, выполненных Институтом минералогии, геохимии и редкоземельных элементов, в почвах вокруг аэропортов обнаружено высокое содержание ряда элементов, не свойственных данным геохимическим регионам.
Эти зоны химического загрязнения распространяются на значительное удаление от мест поступления в окружающую среду. Установлено также, что химические элементы накапливаются в донных отложениях водоемов и в растениях на прилегающих к аэропорту территориях [49].
1379 /977
Рис. 1.18. Распределение БП в почве в зоне аэродрома «Ферихедь» (в мкг/кг)
В работе [50] изучено влияние выбросов ПАУ авиационными двигателями на степень загрязнения почвы. Значительный выброс бенз(а) пирена (БП) двигателями самолетов наблюдается при взлете и посадке. На рис. 1.18 показано распределение БП в почве в зоне аэропорта. Наибольшие концентрации БП в почве обнаружены в районе взлетной полосы.
Значительную роль в загрязнении открытых водоемов и подземных вод играют склады ГСМ. Эти загрязнения формируются из утечек при хранении, транспортировке и сливоналивных операциях с нефтепродуктами, промывочных вод при
очистке и промывке резервуаров и трубопроводов, отстоенной подтоварной воды из резервуаров.
ГСМ, пролитые на поверхности воды, сначала образуют разводы, затем пленки. Эти пленки эмульгируются и подвергаются биологическому разложению и могут оседать после окисления. ГСМ, пролитые на воде, удаляют с помощью барьеров (планки, гибкие трубки), сорбентов, реагентов, связывающих ГСМ, скребковых устройств и др.
ГСМ проникают в почву главным образом под действием силы тяжести и поверхностно-активных сил. Распространение ГСМ зависит от вида и структуры подпочвенного слоя, гидрологических условий и свойств ГСМ (плотности, вязкости, смачивающей способности, содержания и типов присадок и других свойств). Проницаемость и капиллярность - физические параметры. характеризующие осадочные горные породы, зависят от гранулометрического состава и объемной плотности. Ыспорис-тыс породы характеризуются трещинами, расщелинами, отслоенными поверхностями и карстовыми явлениями. Проницаемость почвы или породы, характеризующая скорость просачивания и боковое распространение ГСМ, составляет от 10"“ до 10° м/с для водонасыщенных осадочных пород и снижается с увеличением содержания воды в породе. При просачивании ГСМ в почву образуется определенный «объем», форма и размер которого зависят от вышеупомянутых факторов.
На рис. 1.19 показан пример распространения минерального масла в многослойном подпочвенном слое, а на рис. 1.20 показано распространение масла на уровне грунтовых вод в подпочвенном слое того же типа (вертикальный разрез) [51]. При контакте с водой в подпочвенном слое некоторые компоненты масла могут раствориться и мигрировать с водой.
Рис. 1.19. Распространение минеральных масел в многослойном подпочвенном слое (вертикальный разрез): 1 - уровень грунтовых вод; 2 - капиллярная прослойка
Рис. 1.20. Распространение минерального масла в зоне на уровне грунтовых вод в случае гомогенного подпочвенного слоя (вертикальный разрез):
I - уровень грунтовых вод; 2 - капиллярная прослойка
Грунтовая вода
Просачивание минеральных масел зависит от состава и физических свойств осадочных пород. В слоях повышенной проницаемости нефтепродукты распространяются в основном в глубину. При снижении проницаемости слоев просачивание замедляется и зона загрязнения растет преимущественно в ширину [52, 53].
В зависимости от химической структуры (ароматические углеводороды, нафтены, парафины), содержания гетерооргани-ческих соединений и присадок, молекулярной массы и т.д. на ГСМ по-разному воздействуют кислород и микроорганизмы (бактерии, грибки). В аэробных условиях скорость разложения зависит от содержания минеральных солей и микроэлементов, температуры и величины pH. В случае углеводородов, растворенных в воде, скорость их разложения определяется химической структурой и содержанием кислорода в воде. Олефины и ароматические соединения окисляются до кислородосодержащих соединений (спиртов, кетонов, фенолов, карбоновых кислот) в сравнительно короткий срок. На биологическое разложение углеводородов расходуется кислород с образованием аммиака, сероводорода и соли двухвалентного железа и марганца в сложившихся восстановительных условиях.
Природное самоочищение почвы в зависимости от природно-климатических условий требует не менее 5-10 лет, а в условиях Крайнего Севера и Сибири - 15-20 лет, так как низкие температуры в этих районах замедляют биологические процессы. Нефтепродукты растекаются по линзе вечной мерзлоты, в результате нарушается температурный баланс и газовый обмен, мерзлота подтаивает, меняется структура почвы. В итоге разрушаются и без того хрупкие экологические связи почвенной жизни, а вслед за этим и весь биоценоз данного района тундры.
Нефтепродукты, попадающие в почву, изменяют ее физико-химические свойства (микроэлементный состав, водно-
воздушный и окислительно-восстановительный режим), подавляют нитрифицирующую способность, уменьшают видовое образование микроорганизмов, угнетают развитие бактериальной микрофлоры, нарушают баланс веществ и т.п. [54, 55]. Избыток органических углеводородистых веществ, поступающих с нефтепродуктами в почву, изменяет нормальное соотношение углерода и азота, а также приводит к дефициту кислорода, азота и фосфора [56].
В почвах, загрязненных нефтепродуктами, возникают два разнонаправленных процесса: микробиологическая деструкция битуминозных веществ и их физико-химическое выветривание [57, 58], в результате чего происходит постепенное разложение нефтепродуктов и взаимодействие битуминозных веществ с почвенными органическими соединениями, что приводит к перестройке группового состава гумуса и частичному закреплению в почвах привнесенного органического углерода [59]. Интенсивность тех или иных процессов варьируется в зависимости от особенностей местных ландшафтно-геохимических условий.
Установлено, что в почвах тяжелого механического состава, наряду с реальной угрозой избыточного накопления загрязняющих веществ в результате высокой сорбирующей способности почв, в условиях пересеченного рельефа и избытка осадков возникает опасность загрязнения местных водоемов и пойм рек. Почвы легкого механического состава, обладающие низкой поглотительной способностью и высокой водопроницаемостью, менее подвержены загрязнению нефтепродуктами, чем суглинистые. На песчаных почвах увеличивается опасность загрязнения почвенно-грунтовых вод подвижными компонентами.
Биологические свойства почвы изменяются в зависимости от количества попадающих в почву нефтепродуктов. При содержании в почве 100-200 т/га нефтепродуктов происходит
стимуляция жизнедеятельности всех исследованных групп микроорганизмов, при увеличении до 400-1000 т/га наблюдается ингибирование биологической активности почв, заключающееся в снижении роста и развития микроорганизмов, уровня ферментов и интенсивности дыхания почвы [56].
Последствия загрязнения почвы химическими соединениями многообразны. Во-первых, присутствие в почве этих веществ, многие из которых являются химически агрессивными и биологически активными, нарушает процессы ее нормальной жизнедеятельности, губительно действует на живущие в ней организмы, подавляя, ускоряя или изменяя их жизненные циклы. Во-вторых, они могут накапливаться в воде, водорослях, растениях и по пищевой цепочке попадать в организмы животных и человека. В-третьих, поступая в открытые водоемы, подземные воды, они попадают в организм животных и человека с водой. И, наконец, в-четвертых, определенное их количество поступает в виде паров и пыли в атмосферный воздух и, будучи перенесенными на значительные расстояния, также рано или поздно попадают в живые организмы. Так или иначе, на пути своей сложной миграции загрязняющие вещества включаются в жизненные циклы биологических организмов, причиняя в конечном счете ущерб всей жизни на Земле.
Влияние производственно-хозяйственной деятельности аэропортов на состояние почв, водоемов и грунтовых вод требует серьезного и тщательного изучения, а также осуществления мер по предотвращению загрязнения почв. Сюда относятся, прежде всего, рациональное использование и недопущение проливов авиатоплива, масел и других вредных химических веществ, правильная организация сбора и сдачи отработанных нефтепродуктов, а также сбор, очистка и отведение загрязненных стоков. Сравнительно высокие концентрации вредных примесей содержатся в поверхностном стоке с территорий
крупных аэропортов, выполняющих большие объемы авиатранспортных операций. Исследования, проведенные ВНИИ охраны вод, показали, что источники загрязнения поверхностного стока распределены по территории аэропорта неравномерно, поэтому в первую очередь нужно обеспечивать очистку стоков с участков технического обслуживания воздушных судов, участков с интенсивным движением спецавтотранспорта и аэродромной техники.
Сточные воды со складов ГСМ перед сбросом в канализацию должны проходить очистку в нефтеловушках или флотационных установках.
Большое значение имеет участие авиапредприятий в борьбе с эрозией почвы, в том числе дернование и озеленение территорий, подверженных угрожающей эрозии, оборудование мест опробирования и гонки двигателей струеотклоняющими щитами.
Для разработки методов очистки загрязненных нефтепродуктами почв проведены исследования микробиологического расщепления нефти и нефтепродуктов.
Разложение органического вещества, поступающего в почву, состоит из двух основных этапов - минерализации и гумификации. Результатом первого этапа является постепенное исчезновение органических и образование минеральных соединений, включающихся в биологический круговорот. Второй этап завершается консервацией органического вещества и вновь образованных устойчивых к разложению гумусовых соединений. Биохимические процессы разложения органического вещества в почве происходят при непосредственном участии биологических катализаторов - ферментов микроорганизмов [56].
На скорость разложения нефтепродуктов в почве влияют физико-химические и биологические свойства почвы, климати-
ческие условия, а также химический состав нефтепродуктов. По скорости разрушения в почве органические вещества могут быть разделены на 3 группы:
- - сравнительно легко разрушающиеся и не образующие устойчивых в почве продуктов превращения (а- нафтол, фенол, тимол, крезол и др.);
- - устойчивые в почве вещества (а -нафтиламин и др.);
- - вещества, образующие долгоживущие, устойчивые в почве продукты превращения (индол, п- и о-толуидин и др.).
Для активизации микробиологических процессов разложения нефтепродуктов и ускорения самоочищения почвы эффективным средством является внесение в почву растворимых азотных и фосфорных удобрений; при сильном загрязнении целесообразно вносить поверхностно -активные вещества. Для рекультивации почв, загрязненных нефтепродуктами, целесообразны следующие методы: механическая очистка, захоронение и сжигание, агротехническая и биологическая мелиорация, применение диспергаторов и интенсификаторов микробиологического разложения нефтепродуктов.
Следствием загрязнения почвы является загрязнение подземных вод. Особое внимание должно быть уделено защите водозаборов подземных вод.
Для защиты подземных вод от загрязнения применяют также специальные мероприятия как для предупреждения загрязнения, так и для локализации или ликвидации уже создавшегося в водоносном пласте участка загрязненных подземных вод. Детальный состав и технико-экономическое обоснование этих мероприятий, зависящие от характера источника загрязнения подземных вод, гидрогеологических условий, должны быть
разработаны по специальному проекту.
