Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов

Ю. С. Другов, А. А. Родин
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АНАЛИЗЫ
ПРИ РАЗЛИВАХ
НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
Практическое руководство
Москва
БИНОМ. Лаборатория знаний
2007
УДК 543.544
ББК 24.4
Д76
С е р и я о с н о в а н а в 2003 г.
Д76
Другов Ю. С.
Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов : практическое руководство / Ю. С. Другов, А. А. Родин. —
М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. — 270 с. : ил. — (Методы
в химии).
ISBN 978-5-94774-503-0
В практическом руководстве обсуждаются современные методы экологического анализа нефтепродуктов в различных объектах: питьевая
вода, природные и сточные воды, почва и донные отложения. Описаны
новейшие способы пробоподготовки и методы надежной идентификации
приоритетных соединений и интерпретации результатов изменений, а также
метрология. Приведены современные российские и зарубежные методики
(в том числе стандартные) определения нефтепродуктов в воде и почве.
Впервые опубликован перечень ориентировочных допустимых концентраций
(ОДК) опасных соединений в почвах России. Цитирована литература за
1995–2005 гг.
Для химиков-аналитиков (экоаналитиков), экологов, токсикологов, гигиенистов и сотрудников природоохранных учреждений и лабораторий
экокриминалистики.
УДК 543.544
ББК 24.4
По вопросам приобретения обращаться:
«БИНОМ. Лаборатория знаний»
Телефон: (499) 157-5272
e-mail: binom@Lbz.ru, http://www.Lbz.ru
ISBN 978-5-94774-503-0
c БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007
Оглавление
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Глава I.1Источники загрязнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Вода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Поверхностные воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Грунтовые воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3. Питьевая вода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. Почва и донные осадки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1. Понятие «нефть и нефтепродукты» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Формы нахождения нефти и нефтепродуктов в почвах . . . . . .
2.3. Влияние нефти и нефтепродуктов на почвенные
экосистемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Допустимый уровень загрязнения почв . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5. Особенности поведения нефтепродуктов различного
состава . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6. Уровни ОДК нефти и нефтепродуктов в почвах территорий
России . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Воздух . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1. Автомобильный транспорт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Промышленные предприятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Летучие углеводороды в воздухе городов . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Стандартные хроматографическте методы в анализе нефтей и
нефтепродуктов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1. Нефть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Бензины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3. Реактивные топлива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4. Дизельные топлива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Глава II. Определение нефтепродуктов в воде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Определение нефтепродуктов в поверхностных водах и питьевой
воде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Гравиметрическое определение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Люминесцентно;хроматографическое определение . . . . . . . .
1.3. Спектрофотометрическое определение в инфракрасной
области спектра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4. Унифицированная методика определения нефтепродуктов
в питьевой воде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5. Газохроматографическая методика определения нефтепро;
дуктов в природных и сточных водах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. Определение нефтепродуктов в морских водах . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Система идентификации нефтяных разливов в море . . . . . . . . . . .
4. Методики количественного химического анализа вод, включенные в перечень методик, внесенных в Государственный
реестр методик химического анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
6
6
8
9
11
13
15
15
16
16
18
20
23
24
25
28
33
33
33
34
35
35
35
37
38
38
42
44
47
50
59
66
76
268
Оглавление
4.1. Методика выполнения измерений массовой концентрации
нефтепродуктов в пробах природных и очищенных сточных
вод методом колоночной хроматографии с гравиметрическим
окончанием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Методика выполнения измерений массовой концентрации
нефтепродуктов в природных и очищенных сточных водах методом колоночной хроматографии со спектрофотометрическим окончанием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3. Методические указания по измерению массовой концентрации нефтепродуктов флуориметрическим методом в пробах
питьевой воды и воды поверхностных и подземных источников
водопользования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4. Методика выполнения измерений массовой концентрации
нефтепродуктов в природных и очищенных сточных водах методом ИК;спектрометрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5. Современные методики определения нефтепродуктов в воде
на основе инфракрасной фурье;спектрометрии . . . . . . . . . . . . . .
5. Хроматографические методики для детального исследования
состава нефтепродуктов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1. Методики на основе тонкослойной хроматографии . . . . . . . .
5.2. Методики на основе ВЭЖХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3. Методики на основе газовой хроматографии . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.1. Изопропилбензол, стирол, a;метилстирол . . . . . . . . . . . .
5.3.2. Методические указания МУК 4.1.650–96 по газохроматографическому определению ацетона, метанола, бензола,
толуола, этилбензола, пентана, о;, м;, п;ксилолов,
гексана, октана и декана в воде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.3. Методические указания (МУК 4.1.649–96) по хромато;масс;спектрометрическому определению летучих
органических веществ в воде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6. Зарубежные методики исследования состава сложных смесей
компонентов нефтяного происхождения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1. Методика 1. Стриппинг с концентрированием в ловушке и
анализ по схеме ГХ/ФИД/ЭПД (метод EPA 502.2) . . . . . . . . . . .
6.2. Методика 2. Стриппинг с концентрированием в ловушке и
ГХ/МС;определением компонентов (метод EPA 524.2) . . . . . . .
6.3. Методика 3. Статический парофазный анализ в сочетании с
капиллярной хроматографией и масс;спектрометрией . . . . . . .
6.4. Методика 4. Прямой ввод пробы в капиллярный газовый хроматограф . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5. Современные технологии анализа загрязненных вод . . . . . . . .
6.5.1. Хроматомембранное концентрирование микропримесей нефтепродуктов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.2. Твердофазная микроэкстракция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5.3. Проточная твердофазная микроэкстракция . . . . . . . . . .
6.5.4. Экстракция палочкой магнитной мешалки . . . . . . . . . . .
7. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Глава III. Определение нефтепродуктов в почве и донных отложениях . . . .
1. Официальные методики определения нефтепродуктов (ароматических углеводородов) в почве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Бензин (топливный) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Бензол . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3. Изопропилбензол (кумол) и a;метилстирол . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4. Стирол и о;, м;, п;ксилолы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5. Толуол (метилбензол) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
81
86
91
106
112
112
117
119
120
122
128
134
136
138
145
148
149
150
151
155
159
160
161
167
168
168
170
171
173
175
Оглавление
2. Методика определения суммарного содержания нефтепродуктов
в почве, внесенная в Государственный реестр. Флуориметрическое определение суммарного содержания нефтепродуктов в
почве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Хроматографические методики определения нефтепродуктов в
почве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1. Газовая хроматография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Жидкостная хроматография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Идентификация и количественное определение индивидуальных
нефтяных углеводородов в пробах почвы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1. Определение летучих органических соединений в загрязненной почве методом хромато;масс;спектрометрии . . . . . . . . . . . .
4.2. Определение состава нефтепродуктов по аналитическим признакам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. Определение нефтепродуктов в донных отложениях . . . . . . . . . . .
5.1. Методические указания. Определение загрязняющих веществ в пробах морских донных отложений и взвеси.
Определение нефтяных углеводородов (РД 52.10.556;95) . . . . .
Приложение А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Приложение Б . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Глава IV. Определение нефтепродуктов в воздухе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Определение суммарного содержания нефтяных углеводородов с
помощью автоматических газоанализаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. Стандартные газохроматографические методики определения
суммарного содержания углеводородов в валовых выбросах
промышленных предприятий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1. Хроматографическое определение суммарной концентрации
углеводородов в промышленных газовых выбросах . . . . . . . . . .
3. Методики суммарного определения содержания нефтяных
углеводородов в промышленных выбросах, внесенные в Государственный реестр методик количественного химического
анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1. Методика хроматографического измерения массовой концентрации керосина в промышленных выбросах с использованием универсального одноразового пробоотборника
(ПНД Ф 13.1.6;97) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Методика хроматографического измерения массовой концентрации бензина, уайт;спирита и сольвента в промышленных выбросах с использованием одноразового пробоотборника (ПНД Ф 13.1.8;97) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Официальные методики определения нефтяных углеводородов в
атмосферном воздухе населенных мест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1. Методика газохроматографического определения суммарного содержания органических веществ нефтяного происхождения в атмосферном воздухе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Методики газохроматографического определения индивидуальных нефтяных углеводородов в атмосферном воздухе . . .
4.2.1. Гексен;1, гептен;1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2. Метан, этан, пропан, этилен, пропилен, н;бутан, изобутан . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.3. Пропилен . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.4. Ароматические углеводороды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. Детальное исследование состава смесей нефтяных углеводородов
методом газовой хроматографии и хромато;масс;спектрометрии
5.1. Газохроматографические методики определения индивидуальных углеводородов бензина и уайт;спирита в воздухе
рабочей зоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
269
177
184
184
189
192
192
198
203
203
210
211
214
214
217
217
218
218
223
224
227
228
228
231
231
233
235
236
242
243
270
Оглавление
5.1.1. Условия анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.2. Идентификация компонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.3. Количественное определение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2. Реакционно;сорбционное концентрирование, идентификация и определение нефтяных углеводородов в сложных смесях
загрязнений воздуха, содержащих органические соединения
различных классов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3. Определение нефтяных углеводородов в воздухе и выхлопных газах автомобилей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4. Методические указания по хромато;масс;спектрометрическому определению летучих органических веществ в
атмосферном воздухе (МУК 4.1.618;96) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5. Современные технологии анализа нефтепродуктов . . . . . . . . .
6. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
243
244
247
250
252
253
262
263
263
Друзьям и «однокашникам» посвящается
Введение
Нефть — ценнейшее сырье, без использования которого невозможна со
временная цивилизация. Однако процессы добычи, транспортировки,
хранения и переработки нефти и нефтепродуктов очень часто становятся
источниками загрязнения окружающей среды, которое может приобре
тать катастрофические масштабы.
Участились разливы нефти при ее транспортировке по морю, рекам и
железной дороге, а также при перевозке бензина автомобильным транс
портом. Экологические катастрофы происходят при авариях нефтепрово
дов, когда на значительных пространствах загрязняются нефтью почва и
водные источники. Серьезное влияние на экологическую ситуацию ока
зывают пожары и диверсии на трубопроводах и нефтехранилищах, а также
пожары и аварии на нефтеперегонных заводах и предприятиях нефтехи
мии. Негативно влияют на экологию выбросы и сточные воды нефтепере
рабатывающих предприятий и ТЭЦ, автохозяйств и бензозаправочных
станций. В результате окружающая среда (воздух, вода, почва и раститель
ность) загрязняется нефтепродуктами, страдает животный мир, а попада
ние нефтепродуктов в питьевую воду непосредственно угрожает здоровью
населения.
Условно принято считать нефтепродуктами (НП) главную и наиболее
характерную часть нефти и продуктов ее переработки — неполярные
и малополярные углеводороды, не сорбирующиеся на оксиде алюминия.
В России ПДК углеводородов нефти в воздухе рабочей зоны промышлен
ных предприятий равна 10 мг/м3, в воде 0,3 мг/л (для многосернистой
нефти — 0,1 мг/л). В почве и атмосферном воздухе населенных мест содер
жания НП не нормированы, но существуют ПДК для некоторых аромати
ческих углеводородов и бенз(а)пирена в почве, а также ПДК для углеводо
родов различных классов (и их производных) в атмосферном воздухе и воз
духе рабочей зоны.
Для контроля за содержанием НП в воздухе, воде и почве в России,
США и странах Европы разработано множество стандартных* методик.
Они основаны на хроматографических (газовая и жидкостная хроматогра
фия) или спектральных методах (ИК и флуоресцентная спектроскопия),
* Официальные аналитические методики, утвержденные на федеральном уровне.
4 Введение
причем газовая хроматография позволяет не только определять суммарное
содержание НП (как другие методы), но и идентифицировать и опреде
лять количественно индивидуальные углеводороды, входящие в состав
нефтепродуктов. Последнее обстоятельство дает возможность более ре
ально оценить опасность нефтяного загрязнения, обнаружить его источ
ник (определить тип и марку НП) и принять меры по ликвидации послед
ствий загрязнения.
В монографии приведены наиболее распространенные в настоящее
время в России, США и Европе официальные стандартные методики ко
личественного определения содержания НП в воде (речные, морские и
подземные воды, водопроводная вода и др.), в почве и воздухе (воздухе ра
бочей зоны и атмосферном воздухе вблизи нефтеперерабатывающих заво
дов и предприятий нефтехимии, на территории бензозаправочных стан
ций и в местах аварий, связанных с выбросом в атмосферу больших коли
честв летучих углеводородов).
Приведены также новейшиеые российские методики определения НП
в воздухе, воде и почве, утвержденные на федеральном уровне и включен
ные в 1995–1998 гг. в Государственный реестр*.
Необходимо отметить, что применение официальных методик, вошед
ших в нашу книгу и основанных на ИКспектрометрии, может стать про
блематичным, поскольку Распоряжением Правительства РФ от 26.11.99 г.
№ 1980р на территории России с 01.07.2000 г. было прекращено произ
водство тетрахлорида углерода как озоноразрушающего вещества.
Впервые опубликована эксклюзивная информация о нормировании
суммарного содержания нефтепродуктов в почвах России; были уста
новлены ориентировочные допустимые концентрации (ОДК) для раз
личных типов нефтепродуктов по регионам нашей страны.
Монография содержит подробные комментарии по технике анализа и
сравнительной характеристике стандартных методик, основанных на хро
матографии и спектроскопии. Обсуждаются оптимальные варианты мето
дик для конкретных рутинных анализов в экологических целях. В моно
графии приведены и некоторые общепринятые методики, основанные на
газовой хроматографии и хроматомассспектрометрии, предназначенные
для детального исследования состава загрязнений воздуха, воды и почвы
углеводородами нефтяного происхождения и используемые в различных
странах для обнаружения НП в природных средах и выявления источника
загрязнения.
Приводятся сведения о современной аппаратуре (газовые и жидкост
ные хроматографы, ИКспектрометры и спектрофлуориметры), выпуска
емой в России и за рубежом, в том числе — о портативных приборах, пред
назначенных для оперативного полевого контроля и экспрессопределе
ния НП в экстремальных ситуациях.
* Государственный реестр методик количественного химического анализа и оценки со
стояния объектов окружающей среды, допущенных для государственного экологического
контроля и мониторинга. По согласованию с Госстандартом России реестр ведет Госком
экология России. — М., 1995–1998.
Введение 5
Монография написана как практическое руководство для аналитиков
заводских, экологических и санитарнохимических лабораторий, осуще
ствляющих регулярный контроль за содержанием приоритетных загряз
нителей в объектах окружающей среды.
Монография может оказаться полезной всем специалистам, работаю
щим в области охраны окружающей среды (санитарным врачам, экологам,
токсикологам, сотрудникам экологической милиции и др.), а также сту
дентам и аспирантам химических, экологических и медицинских вузов.
Глава I
Источники загрязнения
Среди многочисленных вредных веществ антропогенного происхожде
ния, попадающих в окружающую среду (воздух, вода, почва, раститель
ность и др.), нефтепродуктам принадлежит одно из первых мест. Работа
автотранспорта и предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимиче
ской промышленности, газообразные выбросы и сточные воды промыш
ленных предприятий, многочисленные разливы нефти и НП в результате
аварий трубопроводов* и нефтеналивных судов (танкеров)**, аварий и по
жаров на нефтехранилищах и нефтеперегонных заводах приводят к загряз
нению воздуха, воды и почвы значительными количествами сырой нефти
и продуктов ее переработки и создают серьезную угрозу экологии регио
нов России.
1. Вода
Попадание нефти и ее компонентов в окружающую среду (воздух, вода и
почва) вызывает изменение физических, химических и биологических
свойств и характеристик природной среды обитания, нарушает ход естест
венных биохимических процессов. В ходе трасформации углеводородов
нефти могут образоваться стойкие к микробиологическому расщеплению
еще более токсичные соединения, обладающие канцерогенными и мута
генными свойствами [1—3].
Несмотря на многолетний опыт, в настоящее время по целому ряду при
чин остаются нерешенными проблемы по оценке токсичности химических
продуктов для человека, и в большей степени — по отношению к окружаю
щей среде. Используемые в настоящее время подходы и методы испытаний
в условиях окружающей среды требуют дальнейшего усовершенствования,
поскольку они выработаны в основном на имитационных моделях. Это осо
* При разрыве трубопровода в Башкирии (на линии Туймазы — Омск — Новосибирск)
12 июня 1999 г. в реку попало около 1000 т нефти.
** Более 150 000 т нефти в год попадает в Северное море с территории Европы.
Источники загрязнения 7
Рис. I.1. Биологические
процессы, определяющие
поведение
химических
продуктов в окружающей
среде [2].
бенно важно для оценки воздействий на биологические объекты, поскольку
использование данных, полученных в лаборатории и лишь для аналогичных
по структуре веществ, всегда недостаточно надежно для оценки поведения
химических продуктов в естественных условиях [2].
Попадая в окружающую среду, химические вещества (в том числе и
нефтепродукты) претерпевают целый ряд сложных трансформаций, мно
гие из которых почти не изучены. На рис. I.1 схематически показано, ка
кие биологические процессы определяют судьбу химического продукта в
окружающей среде.
Любой из классов нефтепродуктов может стать вредной примесью, за
грязняющей воду. В небольших концентрациях нефтяные загрязнения
могут влиять на вкус и запах воды, а при больших содержаниях они обра
зуют гигантские нефтяные пятна и становятся причиной экологических
катастроф. Последние происходят при разливах нефти (например, при
авариях танкеров в море или разрывах нефтяных трубопроводов) или при
попадании больших количеств стоков нефтеперерабатывающих или неф
техимических заводов в поверхностные и грунтовые воды [3].
8 Глава I
1.1. Поверхностные воды
Стоки, попадающие в поверхностные воды, содержат бензин, керосин,
топливные и смазочные масла, бензол, толуол, ксилолы, жирные кислоты,
фенолы, глицериды, стероиды, пестициды и металлоорганические соеди
нения. Перечисленные соединения составляют около 90% и выше от сум
марного количества всех органических примесей. В числе других веществ,
загрязняющих окружающую среду, можно назвать нитросоединения, ас
фальты, воски, твердые парафины, карбонильные и сернистые соедине
ния, хлорированные углеводороды и бифенилы, а также соли органиче
ских кислот [3].
Легкие НП (например, бензин) частично растворяются в воде, но в
основном образуют с водой эмульсии, тяжелые НП (минеральные масла и
смазки) попадают на дно водоемов и накапливаются в донных осадках.
Бензин представляет собой смесь насыщенных углеводородов (нор
мальные, изо и циклопарафины), олефинов, нафтенов и ароматических
соединений с 5—12 атомами углерода в молекуле с различным соотноше
нием компонентов. Температуры кипения этих летучих органических сое
динений (ЛОС) лежат в интервале 40—200°С.
Бензин находят в химических стоках не очень часто вследствие его цен
ности как топлива и высокой летучести. Другими словами, его выбрасыва
ют лишь в случае крайней необходимости и он быстро улетучивается.
Иногда бензин попадает в сточные воды при чистке реакторов и других
емкостей, используемых в промышленности; обычно при этом он смешан
с низкосортным керосином. Он может оказаться в канализации также при
аварийных сбросах.
Керосин является смесью насыщенных углеводородов С12–С20, ки
пящих в интервале 175–325°С. К минеральным маслам относятся как
горючие, так и смазочные масла. Они представляют собой остатки от
переработки нефти и состоят из большого числа компонентов с 18–20 и
более атомами углерода в молекуле, кипящих от 350°С и выше. Смесь
содержит примерно 20–25% нормальных и разветвленных парафинов,
40–50% алкилнафтенов, 20% алкилированных ароматических углеводо
родов и 10% асфальтенов [3]. Соотношение компонентов зависит от ти
па масла.
Минеральные масла попадают в сточные воды многочисленными путя
ми. В последние годы смазки и масла получили печальную известность из
за того вреда, который они причиняют окружающей среде при больших
утечках. Еще одна проблема связана с тем, что эти вещества легко загряз
няют канализационные трубопроводы и решетки.
Помимо разливов нефти в результате различных аварий основное за
грязнение воды нефтепродуктами создается за счет сточных вод нефтепе
рерабатывающих заводов и нефтехимических предприятий (см. также
разд. 3). В табл. I.1 представлены основные компоненты стока нефтепере
гонного завода. Как видно из этой таблицы, главными компонентами сто
ка являются органические вещества, т.е. относящиеся к НП углеводороды
различных классов.
Источники загрязнения 9
Рис. I.2. Источники опасных отходов. Основная доля опасных отходов образуется
за счет продукции химической промышленности (данные из U.S.EPA, 1980) [1].
Таблица I.1. Параметры загрязненности типичных сточных вод нефтеперегонного завода
мощностью 50 000 т/сутки (США, 1984) [2]
Характеристика стока
Содержание, мг/л
БПК5
ХПК
Суммарный органический
углерод
Фенолы
Осаждаемые вещества
1–3
30
10
0,01
1–2
Имеются довольно точные данные [2] о видах и источниках образова
ния химических отходов и отходов нефтеперерабатывающих заводов, не
подлежащих дальнейшей переработке. Такие отходы отвозятся на свалки
или попадают в сточные воды предприятий.
Источниками опасных отходов являются многие отрасли промышлен
ности (рис. I.2), в том числе — добыча нефти и газа. Но главную опасность
представляют собой химическая и нефтехимическая промышленность (до
62%). Токсичные химические вещества становятся опасными, если они из
сточных вод или опасных отходов на химических свалках просачиваются в
грунтовые воды и попадают в источники питьевой воды. Токсичные веще
ства из близко расположенных мест их сброса могут проникать в индиви
дуальные колодцы, используемые для получения питьевой воды в неболь
ших городах, поселках или деревнях.
Попадающие в природные воды из различных источников, нефтяные
загрязнения имеют тенденцию к рассеиванию и миграции. При этом в по
верхностных водах состав НП под влиянием испарения и интенсивного
протекания химического и биологического разложения претерпевает за
короткий срок быстрые изменения, а в подземных водах, наоборот, про
цессы разрушения НП заторможены.
1.2. Грунтовые воды
В прошлом люди обращали внимание на вредные примеси в питьевой во
де лишь в связи с загрязнением поверхностных вод. Нежелательные хими
ческие вещества могут попадать в поверхностные воды из различных ис
точников (см. разд. 1.1).
10 Глава I
Для стран, только что вступивших на путь промышленного развития, с
их, казалось бы, неограниченными ресурсами чистой воды представля
лось вполне разумным сбрасывать отходы промышленных предприятий в
природные водоемы. При добыче полезных ископаемых (в том числе и
нефти) отходам позволяли беспрепятственно просачиваться или стекать в
ближайшие реки, а пестицидам и другим веществам, применяемым в сель
ском хозяйстве, смываться дождями в окрестные реки и озера. Дожди вы
мывают также множество разнообразных загрязнений из воздуха (напри
мер, НП из автомобильных выхлопов), которые также попадают в воду.
Широкое применение соли для уничтожения льда на дорогах приводит к
тому, что соль и содержащиеся в ней примеси уносятся талой водой при
первой оттепели. Таким путем некоторые токсичные вещества поступают
в озера и реки, из которых берут питьевую воду [1].
Однако в некоторых городах и на садовых участках жители получают
питьевую воду из подземных источников, т.е. в виде грунтовых вод, накап
ливающихся под землей в пустотах, трещинах или пространствах между
частицами почвы. Такую воду обычно считали относительно чистой и сво
бодной от ряда вредных примесей, создающих определенные проблемы
при использовании поверхностных вод. Неглубоко залегающие грунтовые
воды и в самом деле довольно чисты, так как почва и почвенные микробы
отфильтровывают или разрушают многие примеси, такие, как болезне
творные бактерии или материалы, создающие муть [1, 2].
Тем не менее в ходе этих процессов не удалается большая часть синте
тических органических соединений (продуктов нефтехимического произ
водства), а также многие нефтепродукты. Органические вещества часто
бывают летучими и в принципе могли бы испаряться с поверхностных вод,
однако в грунтовых водах они оказываются в ловушке. Кроме того, после
фильтрования в верхних слоях почвы грунтовые воды проникают в более
глубокие слои, где очистки от загрязнений уже не происходит. Будучи од
нажды загрязнены, водоносные горизонты могут оставаться в таком со
стоянии сотни и даже тысячи лет [1].
Главным источником (помимо аварийных разливов) попадания орга
нических соединений нефтяного происхождения в грунтовые воды служат
опасные отходы (см. также разд. 1.1), которые свозятся на промышленные
и муниципальные свалки или накапливаются в отстойных прудах и бас
сейнах. Учитывая возможные последствия сброса таких отходов (см. также
рис. I.1), следует признать их особенно опасными для загрязнения грунто
вых вод.
Другим источником загрязнения грунтовых вод нефтепродуктами яв
ляется утечка горючего из подземных хранилищ. Так, по мнению экспер
тов, в США дают утечки 50–100 тысяч подземных емкостей с горючим.
Большинство их принадлежит бензозаправочным станциям, построенным
в 1950–1960 гг. В то время никто не думал, что изготовленные из нержаве
ющей стали подземные хранилища бензина и другого топлива начнут про
текать через 20–30 лет. А 1 л бензина может сделать непригодным для
питья миллион литров воды [1].
Источники загрязнения 11
1.3. Питьевая вода
В разных странах в качестве питьевой воды используют воду из поверхно
стных или подземных источников. К сожалению, все они подвержены за
грязнению вредными химическими примесями, в том числе и нефтепро
дуктами. Органические соединения нефтяного происхождения давно уже
стали приоритетными загрязнителями как поверхностных, так и подзем
ных вод.
Причины все возрастающего загрязнения поверхностных и грунтовых
вод органическими веществами были рассмотрены в разд. 1.1 и 1.2. Что ка
сается непосредственно нефтепродуктов, то это, в первую очередь, разли
вы нефти и сточные воды предприятий нефтепереработки и нефтехимии.
В табл. I.2 перечислены некоторые из более чем 700 органических соеди
нений, выявленных к настоящему времени в питьевой воде. Они выбраны
для включения в таблицу потому, что все они являются потенциальными
канцерогенами; правда, пока не ясно, каковы размеры опасности при их
совместном или индивидуальном воздействии [1].
Как видно из табл. I.2, канцерогенными для человека и животных явля
ются не только компоненты самой нефти (например, бензол и бенз(а)пи
рен), но и многочисленные и распространенные в различных сферах дея
тельности человека продукты нефтехимии (винилхлорид, пестициды,
ПХБ, галогенуглеводороды, нитрилы, гидразины и др.).
Таблица I.2. Канцерогенные вещества, обнаруженные в питьевой воде (известные или подо
зреваемые как канцерогены) [1]
Канцерогены для человека
Канцерогены для животных
Известные
ВВВинилхлорид
Подозреваемые
ВВБензол
ВВБенз(а)пирен
Диэлдрин
Кепон
Гептахлор
Гексахлорбензол
Хлордан
ДДТ
Линдан
Этилендибромид
Бензолгексахлорид
Полихлорированные бифенилы
Этилентиомочевина
Хлороформ
Акрилонитрил
1,2Дихлорэтан
Тетрахлорэтилен
Пентахлорнитробензол
Четыреххлористый углерод
Дифенилгидразин
Алдрин
Трихлорфенол
Помимо перечисленных в табл. I.2 токсичных химических соединений,
опасных для человека и животных, существует большое количество менее
опасных, но не менее вредных для человека загрязнителей питьевой воды, от
носящихся к углеводородам нефтяного происхождения и их производным.
12 Глава I
Один из стандартов качества питьевой воды в США и странах Европы
предполагает постоянный контроль за содержанием в питьевой (водопро
водной) воде 60 летучих органических соединений (ЛОС) — ароматических
углеводородов, относящихся к нефтепродуктам, и хлоруглеводородов, явля
ющихся продуктами нефтехимического производства (табл. I.3).
Таблица I.3. Перечень важнейших загрязнителей питьевой воды [4]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Дихлордифторметан
Хлорметан
Винилхлорид
Бромметан
Хлористый этил
Трихлорфторметан
1,1Дихлорэтен
Дихлорметан
транс1,2Дихлорэтен
1,1Дихлорэтан
2,2Дихлорпропан
цис1,2Дихлорэтен
Хлороформ
Бромхлорметан
1,1,1Трихлорэтан
1,1Дихлорпропен
Четыреххлористый углерод
1,2Дихлорэтан
Бензол
Трихлорэтен
1,2Дихлорпропан
Бромдихлорметан
Дибромметан
цис1,3Дихлорпропен
Толуол
транс1,3Дихлорпропен
1,1,2Трихлорэтан
1,3Дихлорпропан
Тетрахлорэтен
Дибромхлорметан
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
1,2Дибромэтан
Хлорбензол
1,1,1,2Тетрахлорэтан
Этилбензол
мКсилол
пКсилол
оКсилол
Стирол
Изопропилбензол (кумол)
Бромоформ
1,1,2,2Тетрахлорэтан
1,2,3Трихлорпропан
нПропилбензол
Бромбензол
1,3,5Триметилбензол
2Хлортолуол
4Хлортолуол
третБутилбензол
1,2,4Триметилбензол
вторБутилбензол
пИзопропилтолуол
1,3Дихлорбензол
1,4Дихлорбензол
нБутилбензол
1,2Дихлорбензол
1,2Дибром3хлорпропан
1,2,4Трихлорбензол
Гексахлорбутадиен
Нафталин
1,2,3Трихлорбензол
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
EC
Примечание: индекс ЕС означает, что данное соединение включено в список загрязнителей,
приоритетных для Европейского Сообщества.
Как видно из табл. I.3, по крайней мере 1/3 всех приоритетных загряз
нителей питьевой воды относится к углеводородам нефтяного происхож
дения — производным бензола. Многие из этих соединений (алкилбензо
лы) имеют очень низкие ПДК (0,01–0,02 мг/л), и их определяют в воде ин
дивидуально методом газовой хроматографии [4]. Для суммарного опреде
ления НП в воде (ПДК = 0,3 мг/л и 0,1 мг/л для многосернистой нефти)
существует множество стандартных методик, основанных на различных
аналитических принципах (см. гл. II).
Источники загрязнения 13
2. Почва и донные осадки*
Источники загрязнения почвы нефтепродуктами те же, что и в случае во
ды (см. также разд. 1) и воздуха (см. разд. 3). Главные из них — разливы
нефти и НП, сточные воды и выбросы нефтеперегонных заводов и нефте
химических предприятий, а также вредные отходы химических предприя
тий, скапливающиеся на свалках.
Сама почва имеет сложный химический состав, причем содержание ор
ганических веществ в почве колеблется от <2% до 20% в болотистых по
чвах. Органические вещества подразделяют на негуминовые вещества и
гумус [2]. Негуминовые вещества включают не полностью разложившиеся
остатки растений и животных, жиры и дубильные вещества, пектины и ге
мицеллюлозу, сахара и соответственно полисахариды, легко разлагаемые
и поэтому не попадающие под понятие «гумус».
Гумус определяется как комплексная и довольно устойчивая смесь ко
ричневых или темнокоричневых аморфных коллоидных материалов, ко
торые образуются из тканей многочисленных отмерших организмов — из
остатков разложившихся растений, животных и микроорганизмов. Свое
образные физикохимические свойства делают гумус важнейшим компо
нентом почвы, определяющим ее плодородие; он служит источником азо
та, фосфора, серы и микроудобрений для растений. Кроме того, гумус по
вышает катионообменную емкость, воздухопроницаемость, фильтруе
мость, влагоемкость почвы и препятствует ее эрозии [2].
Гуминовые вещества на 35–92% состоят из ароматических соединений,
остальное — алифатические органические вещества. Среди ароматических
составляющих определены фенолы, хиноны, бензойные кислоты и азот
содержащие гетероциклы.
Алифатические составляющие — это преимущественно полиэфиры.
Гумус содержит также относительно устойчивую полисахаридную фрак
цию. Кроме того, в гумусе в относительно высокой концентрации содер
жатся стабильные свободные радикалы [1, 2].
Экологохимическая характеристика качества почвы определяется важ
нейшими для практического использования химическими данными, таки
ми как общее содержание органических соединений (гумуса), азота (ам
монийного, нитратного и связанного с органикой), связанной угольной
кислоты (карбонаты кальция и магния), питательных веществ для расте
ний — кальция, магния, калия, фосфора, микроэлементов, а также спо
собностью к их биологическому усвоению. При определении качества по
чвы играют роль и более простые характеристики, например, механиче
ский и фракционный состав, значение pH, сухой вес, удельный и насып
ной вес, влагоемкость, гигроскопичность, теплота смачивания, объем пор
и ионообменная емкость [2].
Качественные и количественные изменения при длительном пребыва
нии в почве посторонних органических химических веществ и механизмы
* Донные осадки загрязняются тяжелыми нефтепродуктами из тех же источников, что и
вода (см. разд. 1). Определение НП в донных осадках (донные отложения) проводится теми
же методами, что используются при анализе загрязненной воды (см. гл. III).
14 Глава I
Рис. I.3. Поведение ксенобиотиков (пестицидов) в почве [2].
их перераспределения в почве до настоящего времени почти не изучены
ни для одного такого вещества [2]. Тем не менее установлено, что в про
цессе превращения органических веществ в почве большую роль играют
как абиотические, так и биотические реакции, протекающие под воздей
ствием находящихся в почве живых организмов, а также свободных фер
ментов. Лучше всего изучено поведение в почве наиболее токсичных за
грязнителей, таких как ксенобиотики (например, пестициды), хлоранили
ны, фенолы и др.
На рис. I.3 схематически показаны процессы и реакции загрязняющих
почву пестицидов (продукты нефтехимического производства), кинетика
которых в почвенных системах пока еще не изучена [2]. Примерно то же
происходит в почве с нефтью и нефтепродуктами. Механизм поведения в
почве нефтепродуктов подробно описан в разд. 2.2–2.5.
За длительный период связанные остатки антропогенных химических
веществ в почве в процессе микробиологического разложения и длитель
ного превращения гуминовых материалов могут снова освобождаться в
небольших количествах и тем самым становиться биологически активны
ми по отношению к растениям; они требуют постоянного контроля. До тех
пор пока они не минерализуются или какимлибо образом не войдут в уг
леродный обмен веществ, их следует рассматривать как посторонние для
окружающей среды вещества.
В отличие от воды и воздуха, для почвы (и донных осадков) в России не
установлены ПДК для суммарного содержания нефтепродуктов. Есть
лишь ПДК для бензина (0,1 мг/л) и некоторых ароматических углеводоро
дов (бензол, кумол, стирол, αметилстирол, толуол и ксилолы), которые
лежат в диапазоне 0,1–0,5 мг/кг [5].
Источники загрязнения 15
Однако в настоящее время проведена работа по нормированию содер
жаний НП и нефти в почвах России, результатом которой явилось уста
новление ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) этих загряз
нителей в почвах [6].
2.1. Понятие «нефть и нефтепродукты»
Понятие «нефтепродукты» (НП) имеет два значения — техническое и ана
литическое [6]. В техническом значении нефтепродукты — это товарные сы
рые нефти (Н), прошедшие первичную подготовку на промысле, и продук
ты переработки нефти, использующиеся в различных видах хозяйственной
деятельности: авиационные и автомобильные бензины, реактивные, трак
торные и осветительные керосины, дизельное топливо, мазуты, растворите
ли, смазочные масла, гудроны, нефтяные битумы и другие нефтепродукты
(парафин, нефтяной кокс, присадки, нефтяные кислоты и т.п.).
В аналитическом значении к НП относят неполярные и малополярные
углеводороды, растворимые в гексане и не сорбирующиеся оксидом алю
миния. Под это определение попадают практически все топлива, раство
рители и смазочные масла, но не попадают тяжелые смолы и асфальтены,
являющиеся постоянными компонентами нефтей и битумов, а также ряд
веществ, образующихся в результате микробиологических и физикохи
мических процессов из НП при их длительном нахождении в почвах.
При разработке ОДК нефтепродукты возможно будут разделены на две
группы: 1) НП легкие (бензины, керосины, дизельное топливо, конденсат)
и 2) нефти и тяжелые НП (мазут, смазочные масла и битумы).
Такой подход к классификации нефтепродуктов изложен в «Проекте»
[6] по обоснованию ориентировочных допустимых концентраций (ОДК)
нефти и нефтепродуктов в почвах России. По мнению авторов, этот доку
мент [6] наиболее точно характеризует все многообразие нефтепродуктов
и нормирование их содержаний в почвах страны.
2.2. Формы нахождения нефти и нефтепродуктов в почвах
В почвах Н и НП находятся в следующих формах [6]:
— в пористой среде — в парообразном и жидком легкоподвижном со
стоянии, в свободной или растворенной водной или водноэмульси
онной фазе;
— в пористой среде и трещинах — в свободном неподвижном состоянии,
играя роль вязкого или твердого цемента между частицами и агрегата
ми почвы, в сорбированном состоянии, связанном на частицах горной
породы или почвы, в том числе — гумусовой составляющей почв;
— в поверхностном слое почвы или грунта в виде плотной органомине
ральной массы.
Как свободные, так и малоподвижные связанные формы нефтепродуктов
отдают летучие фракции в атмосферу, а растворимые соединения — в воду. Со
временем этот процесс полностью не прекращается, так как микробиологиче
ские процессы трансформации углеводородов приводят частично к образова
нию летучих и водорастворимых продуктов их метаболизма [6].
16 Глава I
2.3. Влияние нефти и нефтепродуктов на почвенные экосистемы
Пропитывание нефтью и нефтепродуктами почвенной массы приводит к
активным изменениям химического состава, свойств и структуры почвы.
Прежде всего это сказывается на гумусовом горизонте: количество углеро
да в нем резко увеличивается, но ухудшается свойство почв как питатель
ного субстрата для растений. Гидрофобные частицы Н и НП затрудняют
поступление влаги к корням растений, что приводит к физиологическим
изменениям последних. Продукты трансформации Н резко изменяют со
став почвенного гумуса. На первых стадиях загрязнения это относится в
основном к липидным и кислым компонентам. На дальнейших этапах за
счет углерода Н и НП увеличивается нерастворимый углеродный остаток.
В почвенном профиле идет изменение окислительновосстановительных
условий, увеличение подвижности гумусовых компонентов и ряда микро
элементов.
Загрязнение почв Н и НП приводит к резкому нарушению в почвенном
микробиоценозе. Комплекс почвенных микроорганизмов отвечает на неф
тяное загрязнение после кратковременного ингибирования повышением
своей валовой численности и усилением активности. Прежде всего это отно
сится к углеводородоокисляющим микроорганизмам, количество которых
резко возрастает по сравнению с незагрязненными почвами. Сообщество
микроорганизмов почвы принимает неустойчивый характер. По мере разло
жения Н и НП в почве общее количество микроорганизмов приближается к
фоновым значениям, но количество нефтеокисляющих бактерий (долго, на
пример, в почвах южной тайги до 10–20 лет) значительно превышает те же
группы в незагрязненных почвах [7].
Нефтяное загрязнение подавляет фотосинтетическую активность рас
тений. Это сказывается прежде всего на развитии почвенных водорослей.
В зависимости от дозы Н, попавшей в почву, и сохранности почвенного и
растительного покрова наблюдаются различные реакции почвенных водо
рослей: от частичного угнетения и замены одних группировок другими до
выпадения отдельных групп или полной гибели всей альгофлоры. Инди
кационным признаком экстремальных условий, находящихся на грани
зон толерантности и резистентности, является изменение видового соста
ва водорослей. Динамика и степень самоочищения в пределах зоны толе
рантности хорошо отражается численностью водорослей [6, 7].
Загрязнение почв Н и НП оказывает длительное отрицательное воздейст
вие на почвенных животных, вызывая их массовую элиминацию в интенсив
ной зоне загрязнения. Отрицательное действие загрязнения осуществляется
в результате прямого контакта с Н и НП и через изменение свойств загряз
ненных почв. Летучие фракции Н и НП проявляют эффект сразу после кон
такта с педобионтами, эффект тяжелых фракций проявляется позже [7].
2.4. Допустимый уровень загрязнения почв
Почвы считаются загрязненными Н и НП, если их концентрация достига
ет уровня, при котором [6]:
— начинается угнетение или деградация растительного покрова;
Источники загрязнения 17
— падает продуктивность сельскохозяйственных земель; нарушается
природное равновесие в почвенном биоценозе;
— происходит вытеснение однимдвумя бурно произрастающими вида
ми растительности остальных видов, ингибируется деятельность
микроорганизмов, исчезают виды альгофлоры, мезофауны и т.п.;
— происходит вымывание Н и НП из почв в подземные или поверхно
стные воды;
— изменяются воднофизические свойства и структура почв;
— заметно возрастает доля углерода Н и НП в некарбонатном (органиче
ском) углероде почв (до 10% и более от всего органического углерода).
В различных почвенноклиматических условиях концентрация Н и НП
в почвах, при которых почвы можно считать загрязненными, различна.
Она зависит от природных условий, способности данного типа почв к са
моочищению, от вида и скорости распада Н и НП, их токсичности и др. В
связи с большим разнообразием типа почв не может быть единого показа
теля загрязнения почв для всей территории России. В различных природ
ных зонах и типах почв при одном и том же уровне загрязнения скорость
самоочищения будет различной. Реакцию биогеоценоза на различные со
держания Н и НП в почвах в разных природных зонах можно установить
только экспериментально. При этом необходимо учитывать, что большое
значение имеет первоначальная нагрузка загрязняющих веществ на почву.
При одном и том же уровне остаточного загрязнения экосистема может
восстановиться или не восстановиться в зависимости от того, насколько
начальный уровень загрязнения нарушил экосистему [6].
Минимальный уровень содержания Н и НП в почвах, выше которого
наступает ухудшение качества природной среды, можно назвать нижним
допустимым уровнем концентрации. Такой уровень Н и НП в почве в
большинстве стран не установлен, так как он зависит от сочетания многих
факторов: состава и свойств почв, климатических условий, вида Н и НП,
типа растительности и типа землепользования и требует достаточно дли
тельного времени и средств. Эти нормы должны быть дифференцированы
в зависимости от гидродинамических условий района и типа почв.
Для установления экологически безопасного содержания Н и НП
установление нижнего допустимого уровня концентрации недостаточ
но. Природные экосистемы, в частности почвы, обладают большим по
тенциалом самоочищения от Н и НП, в них действуют физикохимиче
ские и микробиологические процессы разрушения углеводородов неф
ти. Поэтому, если своевременно установить источник загрязнения,
концентрация Н и НП в почве будет снижаться, пока не достигнет без
опасного уровня.
Важно выявить уровень содержания Н и НП в почвах, выше которого
процессы самоочищения резко замедляются и почва сама не может спра
виться с загрязнением и деградирует. Этот уровень можно назвать верхним
допустимым уровнем, или пределом потенциала самоочищения. Почвы,
содержащие Н и НП выше верхнего допустимого уровня самостоятельно
не выйдут из стадии деградации и будут оказывать устойчивое негативное
воздействие на контактирующие с ними компоненты окружающей при
18 Глава I
родной среды. Естественно, что почвы с таким уровнем загрязнения под
лежат санации и рекультивации [6].
В интервале загрязнения между нижним и верхним допустимыми уров
нями негативные процессы в связи с загрязнением почв Н и НП уже ощу
тимы, но они не приводят к негативным необратимым изменениям в по
чве и окружающей среде. Растительность постепенно восстанавливается,
вторичное загрязнение вод не достигает ПДК, процессы биодеградации
НП проходят самопроизвольно. Специальных рекультивационных мероп
риятий не требуется. Однако время самовосстановления почв достаточно
продолжительное — от 10 до 30 лет и более в зависимости от типа почв.
Ориентировочным допустимым уровнем содержания нефти и нефте
продуктов в почвах предлагается [6] считать нижний допустимый уровень
загрязнения, при котором в данных природных условиях почва в течение
одного года восстанавливает свою продуктивность, а негативные послед
ствия для почвенного биоценоза могут быть самопроизвольно ликвидиро
ваны. Такая оценка может быть дана для верхнего, гумусового горизонта
почв (примерно 20–30 см). Наблюдения за загрязнением всего почвенно
го профиля могут служить для разработки миграционного водного показа
теля вредности, который характеризует способность вещества переходить
из почвы в грунтовые воды и поверхностные водоисточники.
О степени загрязнения почвы Н и НП и о зависимости этого загрязне
ния от содержания Н и НП можно судить по данным табл. I.4.
Таблица I.4. Оценка степени загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами для черноземной
зоны Украины [7]
Степень загрязнения почв
Содержание нефти, мг/кг
Незагрязненные
Слабое
Среднее
Сильное
Очень сильное
до 400
3000–6000
6000–12 000
12 000–25 000
больше 25 000
Из этой таблицы следует, что для почв черноземного центра России и
Украины нижняя граница слабого загрязнения нефтью — 3000 мг/кг мо
жет считаться допустимым уровнем. В то же время, по данным, получен
ным для России, специальные мероприятия по санации и восстановлению
почв, загрязненных Н, требуются, начиная с уровня 10 000 мг/кг.
2.5. Особенности поведения нефтепродуктов различного состава
Сначала следует отметить, что поведение Н и НП даже одинакового соста
ва различно в зависимости от региона России. Проведенные исследования
[6] позволили четко дифференцировать территории России по потенци
альной способности нефтезагрязненных почв к самоочищению. Оказа
лось, что в холодных мерзлотнотундровотаежных районах способность
почв к самоочищению от Н и НП очень низкая. Она несколько выше
(средняя способность к самоочищению) в таежнолесных районах, а в ле
состепных и степных районах степень самоочищения высокая, так же, как
и в пустынных и полупустынных районах.
[...]
Другов Юрий Степанович – доктор химических наук, член
корреспондент Петровской академии наук и искусств, член Науч
ного совета по аналитической химии РАН, член Научного совета
по адсорбции и хроматографии РАН, председатель комиссии по
анализу объектов окружающей среды при Научном совете по ана
литической химии РАН. Награжден медалью имени М. С. Цвета
«За развитие хроматографии».
Научные интересы: методология газохроматографического ана
лиза газов и неорганических веществ, теория и практика газохро
матографической идентификации загрязнений природной среды.
Автор более 200 научных статей и 27 монографий в области эколо
гической аналитической химии, опубликованных в СССР, в России
и за рубежом.
Родин Александр Александрович – кандидат химических наук,
заместитель директора НИИ химии органических соединений
ФГУП «Российский научный центр «Прикладная химия».
Научные интересы: технологии синтеза фторированных соедине
ний, методология и практика экологической аналитической химии.
Автор более 100 научных статей и 17 монографий по вопросам синте
за фторорганических соединений и хроматографического и хромато
массспектрального анализа объектов окружающей среды.