Влияние разливов горюче-смазочных материалов при лесозаготовительных работах на окружающую среду
Лесозаготовительные предприятия оказывают комплексное воздействие на окружающую среду: атмосферу, животный и растительный мир, водную экосистему, почвенный покров. Снижение негативного техногенного воздействия на природу при лесозаготовке возможно при строгом соблюдении лесозаготовителем существующих нормативов по всей технологической цепочке от валки до вывозки древесины; при эксплуатации и содержании техники в соответствии с технико-экологическими требованиями, увеличении объемов зимней лесозаготовки, исключении работ в период распутицы, особенно после оттаивания почвы.
В результате разливов горюче-смазочных материалов (ГСМ) при их хранении на делянках, заправке техники, вытекания жидкости из гидравлических систем и неплотного соединения агрегатов при работе техники происходит загрязнение почвы. Малые объемы углеводородов в почве быстро разлагаются бактериями и не представляют опасности, однако при попадании в водотоки и при разливах больших объемов ГСМ меняются физические свойства воды и почвы. Площади, находящиеся под постоянным воздействием разливов ГСМ, не образуют дернового горизонта более пяти лет.
Самыми критическими местами загрязнения почвы и воды являются заправки и пункты хранения ГСМ, места временного размещения, хранения и транспортировки отходов, площадки временного отстоя техники.
Зачастую при работе с техникой вследствие ошибок операторов происходит обрыв шлангов и утечка гидравлической жидкости. Объем гидравлического масла, выливающегося при подобном обрыве, зависит от вида машины: на манипуляторе - от 10 до 50 л, на харвестере, форвардере, скиддере и валочно-пакетирующей машине - от 100 до 300 л (зачастую оператор не сразу замечает, что произошел обрыв маслопровода).
Масла - тяжелые дистиллятные и остаточные фракции нефти, подвергнутые специальной очистке. Масла разделяют на смазочные и несмазочные. Смазочные масла по назначению подразделяют на моторные - для двигателей внутреннего сгорания, авиационные, автотракторные (автолы) и дизельные индустриальные. Несмазочные масла используются для технологических целей и при эксплуатации механизмов: электроизоляционные - трансформаторные, конденсаторные, кабельные - для гидравлических систем, для технологических целей - закалочные, поглотительные жидкости, мягчители и пр.
В соответствии с Приказом МПР РФ от 18 июля 2014 г. № 445 «Об утверждении Федерального классификационного каталога отходов», отходы отработанных моторных, трансмиссионных, гидравлических, трансформаторных (не содержащих полихлорированные дифенилы и терфенилы), индустриальных масел, шлама нефтеотделительных установок и всплывающей пленки из нефтеуловителей, отработанные автомобильные фильтры относятся к отходам 3-го класса опасности: умеренно опасным отходам.
Степень вредного воздействия на окружающую среду отходов 3-го класса опасности средняя. При этом экологическая система нарушается. Период ее восстановления - не менее 10 лет после снижения вредного воздействия указанных отходов.
Компонентный состав жидких отходов, содержащих нефтепродукты: нефтепродукты (углеводороды) - 70,0-98,2%; присадки - 0,0-12,0%; механические примеси - 0-1,0%; вода - 0-2,0%.
Опасными компонентами отходов 3-го класса опасности (масла гидравлические отработанные, масла индустриальные отработанные, масла моторные отработанные, масла трансмиссионные отработанные, масла трансформаторные отработанные, не содержащие галогены, отработанные автомобильные фильтры) являются нефтепродукты. Опасные свойства нефтепродуктов - их токсичность и пожароопасность.
По токсичности отработанные нефтепродукты относятся к 4-му классу опасности, однако вопросы токсичности нефти и нефтепродуктов еще далеко не проработаны, что объясняется сложным, комплексным химическим составом этих продуктов и различиями в химических свойствах. Некоторые фракции нефтепродуктов обладают четко выраженным канцерогенным действием. Острое отравление большинства видов рыб наступает при концентрации эмульгированных нефтепродуктов 16-97 мг/л. Токсичность водорастворимых нефтепродуктов также зависит от химического состава. Многокомпонентные фракции вызывают острое отравление водных гидробионтов при концентрации 25-29 мг/л и подострое отравление при концентрации 15-19 мг/л. При содержании в подобных фракциях нафтеновых кислот до 65% гибель рыб наступала при концентрациях от 0,03 до 0,1 мг/л. Рыбохозяйственные предельно допустимые концентрации (ПДК) нефтепродуктов в пресноводных водоемах - 0,001 мг/л, в морских - 0,05 мг/л. Предельно допустимая концентрация паров углеводородов отработанных нефтепродуктов в воздухе рабочей зоны - 300 мг/м3.
Нефтепродукты относятся к числу наиболее вредных химических загрязнителей. Наличие 2 г нефти и нефтепродуктов в 1 кг почвы делает ее непригодной для жизни растений и почвенной микрофлоры; 1 л нефти и нефтепродуктов лишает кислорода 40 тыс. л воды; 1 т нефти и нефтепродуктов загрязняет 12 км2 водной поверхности.
При наличии 0,2-0,4 мг/л нефтепродуктов вода приобретает нефтяной запах, который не устраняется даже при фильтровании и хлорировании. Плохо очищенные нефтесодержащие стоки способствуют образованию на поверхности водоема нефтяной пленки толщиной 0,4-1 мм.
Загрязнение почвы нефтепродуктами влияет на весь комплекс морфологических, физических, физико-химических, биологических свойств почвы, определяющих ее плодородные и экологические функции. Под влиянием нефтепродуктов увеличивается число водопрочных частиц почвы размером более 10 мм, происходит агрегирование почвенных частиц, содержание глыбистых частиц увеличивается, а содержание агрономически ценных мелких частиц уменьшается. Почвы, насыщенные нефтепродуктами, теряют способность впитывать и удерживать влагу. Гидрофобные частицы нефтепродуктов затрудняют поступление влаги к корням растений, что приводит к их физиологическим изменениям. Изменение физических свойств почвы приводит к вытеснению воздуха нефтепродуктами, нарушению поступления воды, питательных веществ, а это является главной причиной торможения роста растений и их гибели. Скорость просачивания и бокового распространения нефтяного масла в почве составляет 10-2 - 10-5 м/с и снижается с ростом водонасыщенности почвы.
В химическом составе гумуса, загрязненного нефтепродуктами, происходят активные изменения. Количество углерода в нем резко возрастает, одновременно повышается и соотношение углерода и азота в гумусе C/N (наиболее благоприятное - от 1/10 до 1/20), в загрязненной почве соотношение C/N колеблется от 1/50 до 1/420 в зависимости от количества привнесенного углерода и типа почвы, что приводит к ухудшению азотного режима почвы и нарушению корневого питания растений. Одновременно с ухудшением азотного режима происходит сокращение содержания подвижных форм фосфора и калия. Продукты трансформации нефтепродуктов резко меняют состав углеродистых веществ, из которых состоит почвенный гумус. Доля всех собственных компонентов гумуса сокращается. В загрязненных нефтепродуктами почвах происходит изменение окислительно-восстановительных условий, повышение подвижности гумусовых компонентов и ряда микроэлементов. Загрязнение почвы нефтепродуктами даже в незначительных количествах приводит к снижению урожайности зерновых культур и замедлению роста репродуктивных органов растений.
Снижение концентрации кислорода в почве способствует развитию анаэробных микроорганизмов, затормаживает развитие аэробной микрофлоры. Даже слабое загрязнение почвы нефтепродуктами приводит к уменьшению численности почвенных микроорганизмов. Восстановление их численности наблюдается через несколько месяцев после загрязнения, в дальнейшем возможен даже некоторый рост за счет использования углерода нефтепродуктов в качестве питательного вещества. Однако интенсивный рост микроорганизмов, усваивающих растворимые соединения, сильно обедняет почву ростовыми веществами. Загрязнения почв нефтепродуктами создают новую экологическую обстановку, в которой количество микроорганизмов приближено к фоновому, но численность нефтеокисляющих бактерий еще долгое время превышает те же группы в незагрязненных почвах.
Нефтяное загрязнение почв подавляет фотосинтетическую активность растительных организмов, что сказывается прежде всего на развитии почвенных водорослей. Нефтепродукты вызывают массовую гибель почвенной мезофауны: наиболее токсичными для нее оказываются легкие фракции нефтепродуктов. После попадания на поверхность почвы жидкие нефтепродукты, пропитывающие почву, обволакивающие корни, листья, стебли растений и проникающие сквозь мембраны клеток, в первую очередь нарушают водно-воздушный баланс почвы. Следствием нарушения водно-воздушного баланса является усиление эрозии почвы. Оно, в свою очередь, приводит к ухудшению состояния растительности и падению продуктивности земель. Постепенное повышение концентрации нефтепродуктов на поверхности почвы в совокупности с процессами испарения и разложения их легких фракций приводит к накоплению трудно разлагаемых углеводородов, таких как твердые парафины, циклические углеводороды, ароматические углеводороды, смолы и асфальтены, которые запечатывают поры почвенного покрова.
При случайном разливе жидких масел, содержащих нефтепродукты, место разлива засыпают песком или сорбентом, который затем аккуратно собирают в прочный пластиковый пакет и помещают в специальный контейнер с плотно закрывающейся крышкой. Песок или сорбент, загрязненный нефтепродуктами, в дальнейшем передается на утилизацию, по договору, специализированному предприятию, имеющему лицензию на деятельность по сбору, транспортированию, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов I-IV классов опасности и специализирующемуся на обезвреживании замазученных грунтов.
В случае попадания ГСМ на почву загрязнение обрабатывается препаратом, содержащим микроорганизмы, разрушающие жидкие углеводороды. Если загрязнение значительное, то проводится рекультивация почвы. Бактерии, содержащиеся в препарате, в процессе жизнедеятельности при наличии в почве кислорода, азота, фосфора перерабатывают углеводороды в малотоксичные или безвредные кислородсодержащие соединения вплоть до углекислого газа, ликвидируя таким образом нефтяное загрязнение.
Сорбентами называются вещества, которые обладают способностью поглощать газы, парообразные или растворенные вещества из воды, почвы и с поверхностей. Существуют гранулированные и волокнистые твердые сорбенты. У каждой разновидности сорбентов есть свои достоинства, но главное, что нужно отметить, это способность быстрого поглощения их волокнистыми материалами тех или иных веществ. Также различают органические, неорганические и синтетические сорбирующие материалы.
Синтетические сорбенты нефти
Основным материалом для их изготовления являются волокна полипропилена, из которого производятся нетканые сорбенты нефти, обладающие высокой эффективностью в процессе очистки. Также популярен такой материал, как вспененный полиэтилен. Он пожаробезопасен, способен длительное время удерживаться на воде даже после окончания процесса абсорбции. Полиэтиленовые сорбенты в основном применяются для устранения нефтяных разливов на водных поверхностях. Для изготовления синтетических продуктов иногда используется полиуретан, а также другие разновидности полимерных материалов.
Неорганические сорбенты нефти
Наиболее популярные сорбирующие материалы - глина, пемза, диатомитовые породы, песок, перлиты и цеолиты, широкое использование которых обусловлено их невысокой стоимостью и возможностью легкой добычи сырья и производства сорбентов в огромных объемах. Хотя у них низкая стоимость и есть возможность их производства в больших объемах, качество подобных сорбентов неприемлемо с точки зрения экологии. Прежде всего у них очень низкая сорбционная емкость, и они не удерживают легкие фракции типа бензина, керосина, дизельного топлива. По сути, единственное средство их утилизации - промывка загрязненных участков экстрагентами или водой с ПАВ, возможно также выжигание.
Органические сорбенты
К этому виду материалов для ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов можно отнести древесные опилки и щепу, торф, бумажную макулатуру, сухие злаковые культуры и шерсть. Идеальным сорбирующим природным веществом считается мох сфагнум, на основе которого изготавливается большинство современных материалов для ликвидации аварийных разливов нефти. Эти продукты позволяют не только абсолютно очищать любые поверхности, но и сохранять экологический баланс в загрязненной местности. Отработанный сорбент нефти не нужно собирать и утилизировать - через некоторое время он разлагается естественным путем вместе с поглощенными веществами.
Синтетические сорбенты обычно наиболее эффективны для сбора нефти. В некоторых случаях соотношение по весу захваченной нефти и сорбента может составлять 40:1, в то время как для органических продуктов - 10:1 и еще более низкое, 2:1 - для неорганических материалов. Несмотря на ограниченную адсорбционную способность, органические и неорганические материалы целесообразно использовать, так как они часто в изобилии имеются в природной среде или являются побочными продуктами промышленных процессов и могут приобретаться по низкой цене или даже использоваться бесплатно.
Практика работы лесозаготовительных предприятий России показывает, что на лесопромышленных складах разного назначения и принадлежности, особенно на нижних складах, часто накапливаются значительные объемы отходов деревообработки, которые загрязняют окружающую среду. Кроме того, как было отмечено выше, при проведении лесосечных работ распространены случаи загрязнения лесной среды топливно-смазочными материалами, проблема эффективного сбора которых в России не решена.
Эти факторы препятствуют успешному прохождению отечественными лесозаготовительными предприятиями добровольной лесной сертификации, например по системе FSC, что, в свою очередь, снижает конкурентоспособность отечественного лесозаготовительного производства.
Разработки инженерных методов и технических средств обеспечения экологической безопасности в лесопромышленном и лесохозяйственном производствах предполагается проводить в рамках научной школы «Инновационные разработки в области лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства», которая включена в реестр ведущих научных и научно-педагогических школ Санкт-Петербурга.
Ольга КУНИЦКАЯ, д-р техн. наук, доц. каф. ТЛЗП СПбГЛТУ,
Яна ЩЕТНЕВА, аспирант СПбГЛТУ
