АГРОХИМИЯ, 2014, № 9, с. 72-76
Экоток^кология
УДК 504.05:129
ВЛИЯНИЕ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОГО И АВИАЦИОННОГО ТОПЛИВА НА СВОЙСТВА ПОЧВ
© 2014 г. Я.Т. Шатров1, Е.В. Надежкина2, В.А. Вихрева3
Центральный научно-исследовательский институт машиностроения 141070 Королев, Московская обл., ул. Пионерская, 4, Россия 2Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) 125080 Москва, ул. Волоколамское ш., 4, Россия E-mail: mnoc_konf@mail.ru 3Пензенская государственная сельскохозяйственная академия 440014 Пенза, ул. Ботаническая, 30, Россия
Поступила в редакцию 02.04.2014 г.
Показано, что гидразиновые горючие и их производные, а также авиационный керосин и дизельное топливо в низких и умеренных дозах не являются токсичными для почвенной биоты и растений. Возможно использование содержащихся в них углерода и азота в качестве источника питания живых организмов. В повышенных и высоких дозах все виды топлива токсичны и являются сильными загрязнителями почв. Использование селената натрия приводило к повышению активности микроорганизмов, увеличению скорости минерализации органического вещества, повышению нитрифицирующей и ферментативной способности серой лесной почвы, загрязненной ракетно-космическим и авиационным топливом, что способствовало сохранению и восстановлению ее плодородия.
Ключевые слова: ракетно-космическое и авиационное топливо, загрязнение почв, селенат натрия, биологическая активность почвы.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время изучение космического пространства - необходимое условие научно-технического прогресса и нормальной деятельности государства. Вместе с тем ракетно-космический, как и авиационный комплекс, несет в себе экологическую опасность для окружающей среды, в том числе и для почвы [1, 2].
Химическое загрязнение почвы при эксплуатации космической ракетной техники происходит в результате оседания продуктов сгорания топлива из стартового облака в районе стартового комплекса, проливов остатков компонентов топлива из отделяющихся частей ракет-носителей в районах падения [3, 4].
Основными источниками загрязнения природной среды авиационным комплексом являются проливы при заправке и обслуживании топливных систем летательных аппаратов и их технического обеспечения, потери при транспортировке и хранении, а также при сливе невыработанного топлива из самолетов в воздухе при аварийных ситуациях.
В ракетно-космической сфере применяются гидразиновые (несимметричный диметилгидра-
зин - НДМГ), углеводородные и другие виды ракетно-космического топлива (РКТ). Потенциальная опасность этих веществ, прежде всего НДМГ, определяется их высокой летучестью. Некоторые из них, в частности гидразин, обладают неограниченной растворимостью в воде. Он способен к миграции и накоплению в глубоких слоях почвы, к длительному закреплению в растениях [5-7].
Гидразиновые горючие, попадая в почву, разлагаются и окисляются с образованием воды, углекислого газа и молекулярного азота. При этом образуется и ряд токсичных продуктов: диме-тиламин (ДМА), нитрозодиметиламин (НДМА), метилендиметилгидразин (МДМГ), тетраметил-тетразен (ТМТ), формальдегид (ФА), синильная кислота (СК).
НДМГ относится к 1-му классу опасности. Он может поступать в организм человека через желудочно-кишечный тракт, органы дыхания, кожу и слизистые оболочки. НДМА также относится к 1-му классу опасности (его ПДК на порядок меньше, чем у НДМГ). ДМА, ТМТ и другие относятся ко 2-му классу опасности и могут прочно связываться с органоминеральным комплексом почвы,
ВЛИЯНИЕ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОГО И АВИАЦИОННОГО ТОПЛИВА НА СВОЙСТВА ПОЧВ 73
образовывать устойчивые соединения с угольной кислотой.
Поступление этих и других соединений в организм человека происходит в результате разностороннего перемещения их в системе почва-природные воды-микроорганизмы и другие живые организмы-растения-человек. В связи с этим возникает необходимость изучения влияния загрязняющих веществ на свойства разных типов и разновидностей почв.
Кроме того, в местах хранения авиационного и ракетного топлива нередко остаются почвы, которые называют "мертвыми". Биологическая активность таких почв подавлена или вообще сведена к минимуму. Поэтому поиск мер рекультивации таких земель приобретает особое значение.
Анализ литературных данных [8-10] свидетельствует о том, что некоторые представители почвенной микрофлоры (бактерии, микромицеты, актиномицеты) реагируют на внесение селена в почву. В опытах отмечено, что активизация жизнедеятельности живых почвенных организмов начиналась сразу после внесения селена в почву. Эти факты позволяют предположить возможность использования неорганических форм селена для рекультивации почвенного покрова, поврежденного ракетно-космической и авиационной деятельностью.
Цель работы - изучение поведения в почвах разных видов топлива, используемых в ракетно-космическом и авиационном комплексах, и определение возможности применения селената натрия для рекультивации загрязненных топливом земель.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В опытах изучали поведение гидразиновых горючих и их производных в подзолистой и серой лесной почве разного гранулометрического состава, а также влияние авиационного керосина и дизельного топлива на биологическую активность серой лесной почвы.
Определение содержания НДМГ в почве проводили фотометрическим методом (МУК 4.1.016-11); ДМА - методом ионной хроматографии с масс-спек-трометрическим детектированием в диапазонах от 0,25 млн-1до250 млн-1;МДМГ-фотометрическим методом (МУК 4.1.019-11) в диапазоне 0.02-10.0 мг/кг воздушно-сухой почвы; ФА - колориметрическим методом с хромотроповой кислотой.
Почвенные образцы на определение загрязнителей в основном отбирали из верхних горизонтов почв, при изучении миграции НДМГ - по всей глубине почвенного профиля.
Изменение биологических свойств почвы под действием продуктов авиационного комплекса изучали в вегетационном опыте. Почву отбирали в 10 точках пролива горючего. Повторность в опыте пятикратная.
Почва в опыте - серая лесная суглинистая, пахотный слой ее характеризовался следующими показателями: содержание гумуса - 3.85%, рН 5.4, Нг - 4.37мг-экв/100 г, 51 - 20.7 мг-экв/100 г почвы, количество доступных форм: - 90.2, Р2О5 - 74.3, К2О - 90.1 мг/кг почвы.
Почву компостировали с 0, 0.75 и 1.50 мг Бе/кг почвы (в виде селената натрия) в естественных и оптимальных условиях (при аэрации и температуре 25-30°С и влажности, равной 60% капиллярной влагоемкости ) в течение 90 сут.
В почвенных образцах определяли: нитратный азот - ионометрическим методом, биологическую активность почв - по интенсивности разложения целлюлозы аппликационным методом, активность ферментов: протеазы - по Лэду и Батлеру в изложении Хазиева, уреазы - по Щербаковой.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты исследования показали, что гидра-зиновые виды топлива поглощаются (сорбируются) почвами по ионно-обменному механизму: чем выше емкость катионного обмена почвы, тем больше степень поглощения горючих. Глинистые почвы поглощали 70-90%, песчаные - 2-46% от общей массы горючего.
Содержание горючего в почве изменялось во времени. В первые сутки после пролива топлива происходило снижение его содержания в почве. Возможно, это было связано как с закреплением гидразиновых горючих почвенным поглощающим комплексом, так и с наличием процессов разложения их на НДМА и ФА. В первые сутки после пролива содержание этих соединений увеличивалось в 2 раза.
Степень разложения топлива до ДМА зависела от исходной концентрации топлива и от разновидности почвы. С увеличением загрязнения горючими наблюдали уменьшение степени их разложения. Степень разложения была максимальной в поверхностном горизонте глинистой почвы, в песчаной почве она была на порядок меньше. Имело место и испарение гидразиновых горючих с поверхности почвы.
Наряду с сорбцией происходила десорбция (вымывание). Степень десорбции гидразиновых горючих зависела от гранулометрического состава почвы. Из поверхностного слоя глинистой
74
ШАТРОВ и др.
почвы вымывалось ~2.7%, песчаной - ~30% от общего количества поступившего вещества.
Процесс десорбции происходил неравномерно: 70-85% горючих и продуктов их разложения вымывалось первой порцией воды, затем происходило замедление процесса. Менее прочно удерживался почвой ДМА и удалялся при промывке в первую очередь.
Гидразиновые горючие и их производные благодаря своей высокой растворимости и стабильности в почве обладают выраженной способностью мигрировать по профилю почв. Миграционная способность гидразиновых горючих (сорбция, глубина проникновения в почву) обусловлена типом почвы, ее поглотительной способностью, водным режимом, количеством КРТ, поступившим на поверхность.
Результаты исследования показали, что при проливе топлива на поверхность подзолистой супесчаной почвы гидразиновые горючие и продукты их окисления могут через 2 мес. проникать на глубину 50-70 см, при проливе на поверхность серой лесной суглинистой почвы - только на 4060 см. Чем больше концентрация загрязнителей на поверхности почвы, тем на большую глубину они мигрируют. В почве повышалось содержание ДМА и ФА, что свидетельствовало об окислении гидразиновых горючих не только на поверхности почвы, но и на различной глубине. Лучшей фильтрационной способностью обладала песчаная почва. Глинистые почвы препятствовали миграции топлива вниз по профилю. Однако, несмотря на высокие сорбционные свойства, глина и суглинок не могут полностью задерживать вертикальную миграцию РКТ. Например, при проливе 12 кг несимметричного диметилгидразина на глину через 4 мес. продукт проник на глубину до 130 см, через 14 мес. - на 180 см (рисунок).
Гидразиновые горючие имеют выраженную щелочную реакцию (рН = 12.0). При их проливе на растительный покров возможны щелочные ожоги. Проникая в листья и стебли, они способны в них сохраняться длительное время (НДМГ может сохраняться в растениях >1-го года). Гид-разиновые горючие - летучие вещества, поэтому проникновение в растения может происходить не только через почву, но и атмотехногенным путем. Присутствие гидразиновых горючих в растениях можно объясня
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.