Содержание к диссертации
Введение
1. Органические загрязняющие вещества в окружающей среде (обзор литературных данных) 10
1.1 Процессы распространения и трансформации загрязняющих веществ в окружающей среде 10
1.2 Нефтяные и другие органические загрязняющие вещества в компонентах окружающей среды 15
1.2.1 Органические примеси в подземных водах 21
1.2.2 ПАУ в компонентах окружающей среды 23
1.3 Микробиальная деградация углеводородов в окружающей среде 31
1.4 Методы исследования нефтяных и других органических загрязнений 36
2. Экспериментальная часть 39
2.1 Объекты и методы исследования 39
2.2 Региональная компьютерная база данных по органическим примесям в компонентах окружающей среды Томской области 44
3. Органические загрязняющие вещества в природных водах и донных отложениях бассейна реки Томь 46
3.1 Органические загрязняющие вещества в поверхностных водах и донных отложениях бассейна реки Томь 46
3.1.1 ПАУ в водах и донных отложениях бассейна реки Томь 58
3.2 Органические загрязняющие вещества в подземных водах 69
3.2.1 Органические загрязняющие вещества пресных подземных вод Обь-Томского междуречья 69
3.2.2 Органические примеси подземных вод нефтегазодобывающих районов (на примере г. Стрежевого) 81
4. Процессы самореабилитации природной среды после нефтяного загрязнения 87
5. Исследование изменений состава нефти в процессах биодеградации в модельных условиях 99
Заключение 116
Выводы 117
Литература 119
- Нефтяные и другие органические загрязняющие вещества в компонентах окружающей среды
- Микробиальная деградация углеводородов в окружающей среде
- Региональная компьютерная база данных по органическим примесям в компонентах окружающей среды Томской области
- Органические загрязняющие вещества в подземных водах
Введение к работе
На современном этапе значительная часть прироста энергопотребления обеспечивается за счет нефтяной и угольной отраслей. В России в последние 2 года рост внутреннего потребления нефти и нефтепродуктов составил 8,3 %, угля 7,6 % [1]. Рост энергопотребления сопровождается увеличением выбросов СОг и других загрязняющих веществ, поскольку современная энергетика, как и энергетика ближайших десятилетий, в основном, базируется на сжигании органического топлива.
Решение ряда фундаментальных и прикладных задач в области поиска, разведки, добычи, транспортировки и переработки нефти, эффективного освоения природных ресурсов и органической геохимии зависит от знания состава, строения, специфических свойств и поведения нефтяных компонентов в природных и техногенных условиях.
Нефть - это природная органическая система с присущими ей закономерностями поведения. Поэтому представляется весьма актуальным изучение поведения нефтяной системы как специфического природного объекта в различных природных и техногенных условиях как с позиций фундаментального знания о природе нефти, так и с прикладных позиций для прогнозирования последствий нефтяного загрязнения природы, в том числе отдаленных.
Нефтяное загрязнение - одна из актуальных проблем современности. При добыче нефти и газа, их транспортировке, переработке нефти и нефтепродуктов и использовании моторного топлива происходит загрязнение атмосферы, поверхностных и подземных вод и почвы.
В последнее время органические вещества признаны определяющими весь ход гидрогеохимических процессов и техногенеза окружающей среды в целом. Сырая нефть и продукты ее переработки составляют основную часть общего органического загрязнения окружающей среды. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) вследствие своей высокой
экологической опасности являются предметом приоритетного внимания среди компонентов нефтяного и общего органического загрязнения окружающей среды.
Для успешного выполнения требований по сохранению природных ресурсов необходимо иметь детальную информацию о состоянии и возможных изменениях природных экосистем. Комплексные исследования поведения нефтяных загрязнений для оценки состояния и изменений природной среды необходимо проводить на всех стадиях освоения месторождений.
Существенное отличие нефти и нефтепродуктов от других органических загрязнений окружающей среды обусловленно химической природой нефтяных систем, их многокомпонентностью, близостью физико-химических свойств компонентов и многовариантностью путей и механизмов диссипации нефтяных загрязнений под воздействием природно-климатических факторов.
Как показывает анализ литературы, степень неблагоприятного воздействия химического загрязнения на природную среду, скорость и механизмы ее реабилитации зависят не только от состава и количества загрязняющих веществ, но в значительной мере определяются геологическими, гидрогеологическими и природно-климатическими факторами загрязненных территорий. Многообразие источников загрязняющих веществ (ЗВ), многовариантность путей их преобразования под действием природных факторов обусловливает необходимость проведения детальных исследований для каждого конкретного района.
В данной работе анализ и исследование поведения нефтяных и других
органических загрязняющих веществ проведены в условиях техногенно-
нагруженных территорий Западной Сибири, где расположены предприятия
нефтегазового комплекса, нефтеперерабатывающей, угольной,
теплоэнергетической, коксохимической, металлургической и других базовые отраслей промышленности. Основные районы работ территориально привязаны к бассейну Средней Оби. Район работ охватывал как территория
с преимущественно нефтяной техногенной нагрузкой (нефтегазодобывающие
районы севера Томской области), так и район Кузбасса, где техногенная
нагрузка обусловлена деятельностью предприятий угольной
промышленности и органического синтеза на основе как нефтехимического, так и коксохимического сырья.
Актуальность и новизна исследований обусловлена отсутствием данных об особенностях изменения состава нефти в процессах деградации нефтяного загрязнения в природно-климатических условиях Западной Сибири, о фактическом состоянии нефтяного и общего химического загрязнения компонентов окружающей среды в этом районе, отсутствием информации о закономерностях в содержании и распределения нефтяных и других органических загрязнителей в компонентах ОС на данной территории.
Данная диссертационнная работа посвящена актуальной проблеме исследования компонентного состава, превращения и распространения нефтяного загрязнения (север Томской области) и органических соединений глубокой переработки как нефтяного, так и других видов органического сырья (Кузбасс) в природной среде с применением наиболее информативного метода химического анализа - хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС). Большие объемы полученной информации потребовали применения современных приемов для хранения, систематизации и обработки данных, результатом чего явилось создание региональной компьютерной базы данных (БД) по органическим примесям в окружающей среде.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИХН СО РАН на 1996-2000 гг. и является составной частью тем: "Изучение путей преобразования нефтяного и других видов органического загрязнения в окружающей среде" (ГР № 01.960.0 11917); "Физико-химические методы увеличения нефтеотдачи путем регулирования фильтрационных потоков в нефтяном пласте" (ГР № 01.960.0 08908); программы "Сибирь" по теме: «Распространение и химические превращения техногенных органических загрязняющих веществ в природных водах под действием природно-климатических факторов»; Федеральной целевой
программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997 - 2000 гг." (проекты № № 236 и 290).
Цель работы состояла в исследовании состава, превращения и распределения нефтяного загрязнения и других органических ЗВ между компонентами окружающей среды — природными водами (поверхностными и подземными), донными отложениями и почвами на территории Западной Сибири.
Для достижения этой цели потребовалось:
изучить состав и провести количественный анализ содержания нефтяных и других органических ЗВ (примесей);
изучить процессы изменения состава органического загрязнения и углеводородного состава нефти под воздействием природно-климатических факторов и при модельной биодеградации
Научная новизна. На основе количественного анализа состава
нефтяного и общего органического загрязнения впервые получены сведения
о распределении нефтяных и других ЗВ в объектах окружающей среды на
территории Западной Сибири. Факторами, определяющими
пространственное распространение органических ЗВ на исследуемой территории, являются воздушный перенос и их транспорт по бассейну р. Томь на взвешенных частицах.
Впервые определен перечень приоритетных ЗВ для территории Обь-Томского междуречья, который включает нефтяные углеводороды (парафины, алкилбензолы, ПАУ), фталаты, фенолы, органические кислоты и их эфиры, хлорорганические соединения и органические фосфаты. Впервые определена скорость вертикальной фильтрации органических загрязняющих веществ в подземные водоносные горизонты Обь-Томского междуречья, которая составляет > 0.4 м/сутки.
Установлено, что изменение состава нефти при деградации в природных условиях и при модельной биодеградации согласуется с концепцией о "квази-ступенчатости" этого процесса, при котором наиболее
устойчивые к микробиальному воздействию нефтяные компоненты начинают разрушаться раньше, чем произойдет полная деструкция наименее устойчивых - «-парафинов.
Практическая значимость. Сформирована региональная база данных по органическим ЗВ в компонентах окружающей среды. Данные о составе и распределении нефтяных и других органических примесей в природных водах наиболее густонаселенных районов Западной Сибири позволяют научно обосновать планирование социально-экономического развития территорий, прогнозировать изменения санитарно-гигиенических показателей качества питьевой воды, оптимизировать режимы водопользования и технологии водоподготовки. Информация о скорости вертикальной фильтрации загрязняющих веществ в районе питания Томского подземного водозабора позволяет прогнозировать изменение качества питьевой воды в аварийных ситуациях с химическим загрязнением окружающей среды. Оценка продолжительности периода самореабилитации природной среды от аварийных нефтяных загрязнений дает возможность более квалифицированной оценки последствий нефтяных разливов и подсчета наносимых ущербов.
Полученная информация является необходимой для
квалифицированной разработки природоохранных мероприятий, для инвентаризации источников загрязнения, определения предельно допустимых выбросов, для оптимизации контроля приоритетных загрязняющих веществ в различных природных компонентах.
Работа выполнена в аккредитованной Лаборатории анализа окружающей среды ИХН СО РАН, аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.510337.
На защиту выносятся: - Закономерности распространения нефтяных и других органических ЗВ на изучаемой территории, полученные на основе количественных анализов компонентного состава нефтяного и общего органического загрязнения.
- Перечень приоритетных загрязняющих веществ и скорость их
вертикальной фильтрации с поверхности в подземные водоносные горизонты
на территории Обь-Томского междуречья.
Характер изменения состава нефтяного загрязнения под действием природно-климатических факторов и оценка периода самореабилитации природной среды после разового нефтяного загрязнения в условиях Западной Сибири.
Особенности изменения углеводородного состава нефти в процессе ее биодеградации и "квазиступенчатость" процесса биодеградации нефти как целостной системы в лабораторных условиях.
Нефтяные и другие органические загрязняющие вещества в компонентах окружающей среды
В районах с нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленностью все технологические процессы - разведка, бурение, эксплуатация нефтяных скважин, а также хранение, транспортировка и переработка нефти сопровождаются поступлением в ОС загрязняющих веществ, оказывая воздействие на природную среду и становясь источником разрушения природных комплексов. Одним из наиболее опасных по последствиям является загрязнение подземных и поверхностных пресных вод и почвы. К основным ш загрязнителям относятся нефть и нефтесодержащие отходы - буровой v нефтяной шламы, буровые сточные воды. Буровые растворы на нефтяное основе содержат в своем составе нефть, дизельное топливо и другш синтетические соединения, представляющие опасность и оказывающие прямое либо опосредованное воздействие на компоненты ОС. Контроль загрязнения воды - одна из наиболее актуальных задач при решении вопросов, связанных с оценкой и прогнозированием последствий нефтяного и общего органического загрязнений, а одним из главных объектов внимания является гидросфера - как переносчик и аккумулятор выпадающих с атмосферными осадками загрязняющих веществ приземных слоев атмосферы и как конечный "резервуар" сбрасываемых сточных вод. Речные системы способствуют дальнему транспорту и распространению загрязняющих веществ.
Грунтовые воды являются промежуточным звеном и средой активного химического взаимодействия литосферы и гидросферы, а также зоной протекания активных биохимических процессов. Подземные воды глубоких горизонтов в основном аккумулируют попадающие туда загрязняющие вещества. На изменение состава природных вод оказывают влияние разведка и разработка месторождений полезных ископаемых, промышленное и сельскохозяйственное производство, муниципальная очистка сточных вод [12, 39-47]. Экстремально высокие уровни нефтяных УВ в водах, донных осадках и почвах регистрируются после аварийных нефтяных разливов [48-52]. До 17600 мг/л бензола, 7600 мг/л толуола, 1000 мг/л этилбензола, и 22500 мг/л ксилолов было зарегистрировано после аварии нефтяной скважины в Мексиканском заливе [27], в то время как обычно для морских незагрязненных вод содержание НУ составляет 1 мкг/л, для прибрежных вод нормальной считается концентрация, равная 5 мкг/л, а на участках сильного загрязнения - до 90 мкг/л [53]. Содержание нефтепродуктов в воде р. Сылва в результате аварийного разлива мазута в 1993 г. составило 7,18 мг/л (при ПДК = 0,3 мг/л) [54]. Одним из наиболее масштабных явился разлив нефти в марте 1989 г. на Аляске в результате аварии танкера Exxon Valdez - в море было вылито -11 млн. галлонов нефти (1 галлон 3,78 л) [55]. За 1989 - 1991 гг. по неполным данным в моря, исключая аварийные разливы, поступило 1 тыс. т нефтепродуктов. Например, в 1990 г. сброс нефтепродуктов с судов в залив Петра Великого составил 63 т, что сопоставимо с вкладом речного стока. В 1991 г. в Черное море было сброшено 52.75 т нефтепродуктов, что в 1.2 раза больше поступления со сточными водами со всего Черноморского побережья России [12].
Главный источник появления нефтяных УВ и других органических загрязнителей в реках - атмосферные выбросы, промышленные и муниципальные стоки, твердые отходы производства, смывы с берегов, загрязненные грунтовые воды [56-63]. Номенклатура ЗВ весьма обширна. Например, в поверхностных водах Щелковского района Московской области обнаружены "свежие" нефтепродукты (8 - 12043 мкг/л), деградированные нефтепродукты (112 - 14647 мкг/л), хлоруглеводороды (0.1 - 48.1 мкг/л), алкилбензолы (0.8 - 15.2 мкг/л), фенол и алкилфенолы (0.2 - 41.4 мкг/л и 2.1 -17.5 мкг/л), жирные карбоновые кислоты (31 - 1398 мкг/л), алкилфталаты (0.1 - 159.7 мкг/л), диэфиры двухосновных кислот (0.4 - 6.0 мкг/л) [62]. В Дунае экстрагируемые органические ЗВ воды представлены нефтяными УВ, олефинами, алкилфталатами, адипинатами, разветвленными фенолами, алкилфосфатами [64]. Общее количество экстрагируемых органических соединений составило от 0.65 до 14.5 мг/л, среди которых концентрации основных жирных кислот варьируют в пределах: Сю - 0.027-1.508 мкг/л, С\2 -0.168 - 1.569 мкг/л, С14 - 0.074 - 0.697 мкг/л, С,6 - 0.170 - 2.730 мкг/л, С18 -0.060 - 1.365 мкг/л; диметилфталата - 0.01-4.9 мкг/л, диэтилфталата - 0.01 -3.2 мкг/л, дибутилфталата - 0.5 - 18.6 мкг/л; н-алканов - 3.08 - 240.60 мкг/л; фенантрена, флуорантена, пирена и бензпирена - 0.05 - 0.74 мкг/л, 0.02 - 0.75 мкг/л, 0.004 - 0.61 мкг/л и 0.01 - 0.38 мкг/л, соответственно.
Суммарное содержание фенолов изменялось от 0 до 0.034 мг/л при средней концентрации 0.007 мг/л, в большинстве случаев не превышая 0.02 мг/л, что характерно для незагрязненных или слабозагрязненных природных вод [65, 66]. Концентрации НУВ в донныых отложениях в слоях 0-2, 2-7 и 7-17 см достигали соответственно 135.9, 184.4 и 146.7 мг/кг. В горизонте 17-22 см отмечалось повышенное содержание НУВ - 402.8 мг/кг; на глубине 22-27 см концентрации НУВ снижаются до 173.3 мг/кг. Такой характер вертикального распределения НУВ свидетельствует о стабильном во времени и равном по интенсивности процессе поступления углеводородов в донные отложения [61]. В составе экстрагируемых органических загрязнений р. Днепр от Каховского водохранилища до г. Херсон обнаружены фенол (от 230 до 440 мкг/л, ПДК - 1 мкг/л), крезолы (до 220 мкг/л), алкилфталаты (до 30 мкг/л), жирные кислоты, сложные эфиры жирных кислот, хлорированные алифатические и ароматические углеводороды. Содержания алкилфенолов, бензальдегида, нафталина и его производных, w-алканов Сп-С3о соответственно варьируют в пределах 0.1 - 10.0; 0.9 - 3.0; 0.1 - 6.5 и 10.0 - 950.0 мкг/л. Обнаруженные концентрации трибутилфосфата, трифенилфосфата незначительны - 3.3 мкг/л и 1.2 мкг/л. Содержание нефтепродуктов в районе г. Херсон достигало 2 мг/л [67]. Повышенные концентрации фенолов в природных водах (до 30 мкг/г) иногда могут быть обусловлены процессами разложения органического вещества древесины [66]. К сожалению, информация о качестве вод рек Сибири ограничена в большинстве случаев интегральными показателями, например, содержаниями взвесей и Сорг [68]. При трансформации нефти в природных условиях большое значение приобретает взвешенная форма экстрагируемых органических соединений (ЭОС). Благодаря гидрофобным свойствам ЭОС (и, в частности, неполярные углеводороды) легко ассоциируются со взвешенными частицами, поэтому взвесь в большей степени, чем вода, откликается на поступление нефтяных соединений в водоем. Поступление большого количества загрязнений вызывает концентрирование ЭОС в тонком поверхностном слое - ТПС [69]. Расчет содержания миграционных форм ЭОС показал, что подавляющая часть (до 98.6 %) содержится в верхнем слое донных осадков. В водной толще в эмульгированном, коллоидном и растворенном состоянии
Микробиальная деградация углеводородов в окружающей среде
Биодеградация УВ природными популяциями микроорганизмов представляется одним из первичных механизмов, по которому нефтяные и другие углеводородные загрязнители элиминируются из окружающей среды. Фактически все сырые нефти и УВ являются уязвимыми к микробиальной деградации при благоприятных условиях. Микроорганизмы способны разлагать многие из сложных органических соединений до диоксида углерода и воды. Однако биохимическое разрушение углеводородов в загрязненных водах редко идет до конца с образованием воды и С02. Обычно оно сопровождается появлением и накоплением таких метаболитов, как кетоны, альдегиды, жирные карбоновые кислоты и др. Реальная последовательность протекающих при этом реакций не всегда установлена. Процессы превращений включают разнообразные реакции, такие как окисление, восстановление, гидролиз, перегруппировки, но так как эти стадии трудно отделить друг от друга, биологические превращения рассматриваются как дискретный процесс. По подверженности биодеградации нефтяные углеводороды образуют следующий ряд: нормальные алканы изоалканы изопреноидные алканы цикланы арены асфальтены смолы [30, ПО, 134-136]. Т.е. скорости биодеградации наиболее высоки для насыщенных, затем следуют легкие ароматические, причем для высокомолекулярных ароматических и полярных соединений отмечают чрезвычайно низкие скорости биодеградации [137, 138].
Однако наблюдались и значительно большие потери нафталина, чем гексадекана в процессах деградации в пресноводных озерах [139], а также нафталина и алкилароматических УВ во время деградации сырой нефти морскими микробными популяциями [140, 141]. Внесением различных добавок (мочевина, олеиновая кислота, фосфат кальция, фосфат аммония, нитрат аммония и изобутиленмочевина) удалось в 2-3 раза ускорить разложение нефти, попавшей на побережье после крушения танкера "Экссон Вальдез" [142, 143]. В модельных условиях наблюдали удаление 50-75 % и 10-90 % общего количества нефтяных УВ за 3-4 месяца при их биодеградации в почвах с низким и высоким содержанием органики соответственно [144]. Для парафиновых УВ Сц-С22, С2з-С32 и С35-С44 уменьшение содержаний составило от 70 до 90 %, от 40 до 60 % и от 35 до 60 %, соответственно. При изучении биодеградации нефтяных фракций культурами микроорганизмов родов Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus, Nocardia, Arthrobacter наблюдалось окисление до 80 % алканов С21-С29 и увеличение концентраций и-алканов в низкомолекулярной области [145]. Скорости биодеградации зависят от температуры, и в экосистемах с низкими температурами деградация УВ протекает медленнее. Однако отмечена интенсивная биодеградация нефтяных углеводородов и при относительно низких температурах (+3,+4 С) [137]. При биодеградации нефти в морской воде (устье реки Св. Лаврентия (Канада) на микролокальных участках, где остатки нефти аккумулируются биологическим и обломочным материалом, биодеградация нефти происходила быстрее. Наоборот, плавающая на водной поверхности эмульсия нефти сохраняется в неизменном состоянии в течение 1 месяца и температурный порог наступления заметной деградации нефти составил примерно 0 С [146]. Наибольшей интенсивностью характеризуется биохимическое разрушение нефтяных углеводородов аэробными гетеротрофными микроорганизмами родов Achromobacter, Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Cytophaga и др. [30, 138, 147-150]. Это имеет место в почвах и породах зоны аэрации, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Биологическое окисление нефтяных УВ, дизельного топлива, стандартных образцов фенантрена, бенз[а]пирена, н-алканов С17-С30 в водной среде с использованием бактерий Pseudomonas putida и Pseudomonas fluorescens, изучали методами ГХ и ГХ/МС [151]. Деструкция алканов происходит в результате процессов биоокисления алкановых цепей через образование первичных и вторичных спиртов, кетонов, их последующего окисления до альдегидов, которые в результате окислительной дегидрогенизации превращаются в жирные кислоты.
Биоокисление бензола и толуола проходит через образование катехолов и цис-цис-мукоповой кислоты и завершается образованием кислот трикарбонового цикла и С02. Биохимическое разрушение таких соединений, как нафталин, антрацен, фенантрен протекает в направлении образования моно- и дициклических оксикислот, которые затем расщепляются на альдегиды и С02 (рисунок 2) [30]. Но, например, псевдомонады окисляют фенантрен в 1-окси-2-нафтойную кислоту, а антрацен в З-окси-2-нафтойную кислоту. Дальнейший метаболизм ПАУ подчинялся закономерностям, характерным для низших ароматических углеводородов [131, 152, 153]. Широко распространенный тип бактерий Beijerinckia, выделенный из загрязненных пресных вод, метаболизирует бифенил, Б[а]П, фенантрен, антрацен, бенз(а)антрацен [27]. Однако наблюдались случаи, когда при биодеградации сырых нефтей (легкой Arabian, Dubai, Maya, Schengli) под воздействием бактерий Acinetobacter не деградировали полициклические ароматические соединения, такие как (алкил)нафталины, (алкил)фенантрены, (алкил)флуорены и (алкил)дибензтиофены [154]. В то же время в условиях натурного эксперимента на юго-западном побережье Франции при аэробной деградации ПАУ природные бактериальные сообщества использовали ароматические соединения как основной источник углерода (более чем 70 % соединений исчезало за 7 дней). Неалкилированные ароматические соединения деградировали первыми. Деградация монометилпроизводных фенантрена и дибензтиофена проходила без существенных отличий для разных изомеров, основные различия в скоростях биодеградации наблюдаются для диметилированных соединений в зависимости от положения заместителей [155, 156]. Процессы выветривания и биодеградации изменяют состав разлитой нефти, затрудняя идентификацию источника загрязнения нефтью в окружающей среде. Соотношения алкилированных ПАУ, как например, дибензтиофенов и фенантренов являются полезными для идентификации источников даже при 98 % разрушении ПАУ. Более того, некоторые соотношения содержаний алкилированных нафталинов, фенантренов, хризенов могут позволить количественно оценить степень выветривания нефти, претерпевшей изменения с момента разлива [55, 120, 136, 157, 158]. Такие приемы были использованы для описания процесса разрушения нефти и идентификации источников при изучении зон разливов нефти в Северном море, Haven в Италии и Exxon Valdez на Аляске. Поэтому при использовании ароматических УВ в качестве маркеров в геохимических исследованиях современных и древних осадков необходимо учитывать возможность их микробиальной деградации [155, 156, 159, 160].
Региональная компьютерная база данных по органическим примесям в компонентах окружающей среды Томской области
Структура сформированной региональной базы данных по органическим примесям природной среды включает наименования химических соединений, сведения о молекулярных массах, химических формулах, физико-химических и хроматографических характеристиках органических соединений, времени и месте пробоотбора и другую информацию (Таблица 6). В БД представлены раличные классы соединений: насыщенные и легкие ароматические УВ, полициклические ароматические УВ, хлорорганические соединения и пестициды, фенолы, органические фосфаты, органические кислоты и их эфиры, различные классы аминов и аза-ароматических соединений и др. соединения.
База данных сформирована и функционирует в среде MS Windows (Workstation Windows NT 4.00), MS Excel и MS Access. Региональная база данных, содержащая информацию о детальном составе органических примесей в компонентах окружающей среды позволяет подойти к решению многих актуальных задач прикладного и теоретического характера, важных для нефтяных отраслей промышленности и науки - оценкам процессов самоочищения природных комплексов в конкретных природно-климатических и геохимических условиях, оценке последствий нефтяных разливов, подсчета наносимых ущербов и идентификации источников органического загрязнения. Река Томь является одним из наиболее крупных правых притоков Оби в ее среднем течении. Пересекая на своем пути ряд наиболее промышленных развитых регионов Западной Сибири - Новокузнецкий, Кемеровский и Томский - она несет в своих водах большую массу примесей, которые определяют качество воды р. Обь в ее среднем течении и вносят существенный вклад в суммарный вынос загрязняющих веществ в Арктический бассейн. На примере детального исследования состава органических примесей в природных водах (поверхностные воды бассейна р. Томь, подземные воды Обь -
Томского междуречья) реализована попытка оценки качества водных ресурсов и составления прогноза его изменений под воздействием техногенной нагрузки. Для этого было проведено сравнительное изучение состава органического загрязнения в донных отложениях и водах. Для исследования были отобраны пробы вод и донных отложений бассейна Средней Оби, главным образом р. Томь и ее притоков от верховьев (г. Новокузнецк) до устья (пос. Козюлино). Карта-схема точек пробоотбора приведена на рисунке 4. Пробы донных отложений отбирали с глубин в диапазоне 0 5 см. Как видно из таблицы 7, групповой состав органических примесей как в водах, так и в донных осадках достаточно однороден. Большая их часть представлена типичными промышленными загрязнителями, характерными для урбанизированных территорий. Это алкилфталаты (диалкиловые эфиры фталевой кислоты), широко использующиеся как пластификаторы пластмасс и резин; парафиновые УВ; легкие ароматические У В (алкилбензолы); полициклические ароматические УВ (ПАУ); жирные карбоновые кислоты и их эфиры. Почти во всех пробах воды обнаруживаются фенолы, но их концентрации, как правило, не превышают установленных значений ПДК для поверхностных вод (0.001 мг/дм3 для фенола). В некоторых пробах воды обнаруживаются хлорсодержащие соединения, фосфаты, олефины, кетоны и другие соединения, находящие широкое применение в различных химических, нефтехимических, металлургических, фармацевтических производствах. Повышенные концентрации загрязняющих веществ обнаруживаются в зонах крупных промышленных городов (Новокузнецк, Кемерово, Юрга, Томск).
Органические загрязняющие вещества в подземных водах
В настоящее время пресные подземные воды в Российской Федерации, как и во многих других странах, играют существенную роль в обеспечении населения питьевой водой. При этом наблюдается тенденция к увеличению их доли в хозяйственно - питьевом водоснабжении. Все это сказывается на окружающей среде и общем водном балансе территорий. Интенсивная эксплуатация подземных вод приводит к существенным изменениям в гидрохимическом и геологическом режимах подземных вод, а также к нарушению и видоизменению их взаимосвязей с другими компонентами окружающей среды. Наиболее распространенными ЗВ подземных вод являются нефтепродукты и другие органические соединения, причем часто наблюдаются существенные превышения установленных нормативов (ПДК). Имеются значительные по площади районы, в водоносных горизонтах которых обнаружены некондиционные подземные воды, используемые в хозяйственно - питьевом водоснабжении после частичной очистки или даже без нее. К ним относится и Западно-Сибирский экономический район, расположенный в пределах крупного артезианского бассейна. Весьма крупное по запасам месторождение подземных вод на территории Обь-Томского междуречья, принадлежащее к водоносным горизонтам Западно-Сибирского артезианского бассейна, является основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Томска. Техногенные изменения в подземных водах определяются степенью антропогенной нагрузки на территорию и защищенностью водоносных горизонтов. В таблице 15 представлена усредненная картина содержаний основных органических ЗВ в пробах подземных вод Обь-Томского междуречья (по результатам анализов 24 проб воды из эксплуатационных и наблюдательных режимных скважин). Большая часть органических примесей представлена в водах целыми классами, группами и гомологическими рядами химических соединений. Встречаются и индивидуальные соединения, попадающие в воды в результате выбросов конкретных производств (например, трибутилфосфат С12Н27РО4, из выбросов радиохимических производств СХК, г. Северск). В подземных водах обнаружены высокие концентрации токсичных веществ: ПАУ - до 18, фенолов - до 29, нефтяных парафинов - до 28 мкг/дм .
В некоторых скважинах отмечаются значительные содержания серы элементарной (до 88 мкг/дм), обнаруживаются такие соединения, как дибензтиофен, дибензофуран, нитрофенантрен. На появление загрязняющих веществ в подземных водах большое влияние оказывает их растворимость в воде, концентрация и сорбируемость, минеральный и микроагрегатный состав и адсорбционные свойства пород (гидрогеологические условия исследуемой территории). В питании водоносных горизонтов, помимо основного процесса - инфильтрации атмосферных осадков, значительная роль в последние десятилетия отводится техногенным источникам. Увеличение доли веществ техногенного происхождения становится характерным и для подземных вод Обь -Томского междуречья. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) являются приоритетными загрязняющими веществами и в подземных водах. Наличие большого количества изомеров, имеющих одинаковые молекулярные массы и очень близкие физико-химические характеристики требует особой тщательности проведения анализов и активного использования эталонов и реперных веществ. Интерес к данной проблеме обусловлен недостаточной изученностью поведения этого класса органических ЗВ в процессах их преобразования и разрушения в окружающей среде под влиянием природно-климатических факторов, а также в процессах миграции их с поверхности почвы в более глубокие слои грунта и подземные водоносные горизонты. Кроме того, особенности геологического строения конкретных участков земной коры и специфика техногенной нагрузки на конкретные территории способны существенным образом определять весь ход гидрогеохимических и эколого-геохимических процессов современного техногенеза органического вещества. Поэтому характеристики конкретных региональных особенностей распределения ЗВ в природных водах и грунтах уникальны и представляют самостоятельный интерес [25, 199]. Для изучения поведения ПАУ в системе "вода - порода" был проведен сравнительный анализ их состава в пробах грунтов и воды. Исследованы пробы воды из режимных и эксплуатационных скважин подземного водозабора г. Томска, а также образцы почвы и грунта, отобранные при проведении работ по бурению и обустройству новых скважин на территории Обь-Томского междуречья. Образцы почвы и грунтов отобраны с глубин 0 - - 0.15, 0.15 0.30 и 21 - - 22 м (верхняя граница первого водоупорного слоя) (Таблица 16).
Похожие диссертации на Нефтепродукты и продукты органического синтеза в компонентах окружающей среды
