CC BY
26
А.А. Околелова
д.б.н., профессор кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, Волгоградский государственный технический университет
А.А. Okolelova Doctor of Biological Sciences, рrofessor, Volgograd State Technical University (allaokol@mai.ru 8905451714)
Н.Г. Кастерина
К.б.н., филиал Волгоградского государственного технического университета
N. G. Kasterina
candidate of Biological Sciences, subsidiary Volgograd State Technical University
А.С. Мерзлякова аспирант кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, Волгоградский государственный технический университет
A.S. Merzlyakovа
Postgraduate student of the Department of industrial ecology and human security Volgograd State Technical University (denstev@mail.ru 89054013558)
В.Н. Заикина
аспирант кафедры промышленной экологии и безопасности
жизнедеятельности, Волгоградский государственный технический университет,
V.N.Zaikina
Postgraduate student of the Department of industrial ecology and human
security, Volgograd State Technical University (veronikazaikina@mail.ru 89275067342) В.П. Кожевникова аспирант кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, Волгоградский государственный технический университет
V.P. Kozhevnikova industrial ecology and human security, Volgograd State Technical University (lerocek@mail.ru, 89610809854)
ИНФОРМАТИВНОСТЬ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ПОЛЛЮТАНТАМИ ОРГАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Аннотация. Рассмотрена возможность определения поллютантов органического происхождения с учетом содержания органических соединений в незагрязненных почвах. Разработка рациональных методов снижения содержания в почвах нефтепродуктов и фенолов и предупреждение негативных последствий детоксикации почв не возможны без точного определения концентрации поллютантов органического происхождения. Annotation. The opportunity of definition of pollutants of organic origin with regard to the content of organic compounds in uncontaminated soils. Development of rational methods of reducing the content in the soils of oil products and phe-
nols and warning of negative consequences of detoxication of soils is not possible without a clear definition of concentration of pollutants of organic origin. Ключевые слова: оценка, нефтепродукты, фенолы, ПДК, нормирование содержания, степень загрязнения, почвы, коэффициент накопления. Key words: estimation, oil products, phenols, MAC, content regulation, the degree of contamination of soil, the accumulation rate.
Учитывая санитарные функции почв, которые она исполняет, независимо от того, «запечатана» она асфальтом или нет, содержание нефтепродуктов в ур-боландшафтах - отдельный и чрезвычайно актуальный вопрос. Разработка рациональных методов снижения содержания нефти, нефтепродуктов и фенолов и предупреждение негативных изменений свойств почв не возможно без точного определения их концентрации (Околелова и др., 2011-2013). Детоксикация почв, загрязненных поллютантами органического происхождения - одна из самых актуальных проблем их охраны и защиты.
ОАО Лукойл Волгограднефтепереработка расположен в Красноармейском районе Волгограда. Мы разделили почвы по зонам следующим образом: рекреация, фон - дачный массив, расположенный в 2 км от предприятия; жилые массивы (1-2 км, 3 объекта); санитарно-защитная зона (менее 1 км, 11 объектов); территория предприятия, промзона (12 объектов); полигоны захоронения твердых и вязких отходов, пруд-накопитель;целина, в 25 км на север от предприятия [6, 7].
Методы исследования. Отбор проб и подготовку почв к анализам проводили согласно ГОСТу 17.4.4.02-84. Содержание (НП) определяли экстракцией четыреххлористым углеродом (ЧХУ) на приборе АН-2. Массовую долю фенолов в почвах - на фотоэлектроколориметре КФК-2.
В нормативных документах приведены различные способы оценки степени накопления поллютантов в почве. В МУ 99 [3] предложены критерии оценки степени химического загрязнения почв органическими веществами (табл. 1).
Критерий «очень сильная» дан в двух категориях: в пределах от 2 до 5 ПДК и выше 5. Это снижает объективность критерия, особенно если учесть, что речь идет об элементах 1 класса опасности.
Таблица 1 - Критерии оценки степени загрязнения почв органическими веществами
Содержание в почве Класс опасности
(мг/кг). 1 2 3
> 5 ПДК Очень сильная Очень сильная Сильная
От 2 до 5 ПДК Очень сильная Сильная Средняя
ОТ 1 до 2 ПДК Слабая Слабая Слабая
В п. 2 ГОСТа 17.4.3.06-86[1] другие оценки загрязнения почв по степени загрязнения почвы подразделяют:
1) сильно загрязненные. Содержание загрязняющих веществ, в которых в несколько раз превышает ПДК. Не указано, во сколько.
2) средне загрязненные. Превышение ПДК без видимых изменений в свойствах почв.
3) слабо загрязненные. Содержание химических веществ в которых не превышает ПДК, но выше естественного фона. Не оговорено, что принимать за фон.
В этом нормативном документе предложен коэффициент концентрации загрязнения почвы и две формулы его определения, одна с учетом фона, другая -ПДК:
Нс= С/Сф; НС= С/Спдк,
где С - общее содержание загрязняющих веществ, Сф - среднее фоновое содержание загрязняющих веществ; Спдк - содержание предельно-допустимых количеств загрязняющих веществ.
Кроме наличия двух формул, остается неясным следующее:
1. Как по этим формулам определять сразу несколько загрязняющих веществ (исходя из текста)?
2. Как понимать определение Спдк?
3. Что авторы понимают под «среднее фоновое содержание загрязняющих веществ»? За несколько лет? По нескольким объектам?
В связи с выявленными разночтениями мы предлагаем следующие оценки накопления в почвах органических токсикантов.
Нефть и нефтепродукты. Независимо от методики определения нефтепродуктов в почвах, необходим обязательный учет содержания в почве органических соединений самой почвы [4, 6, 7]. При значительном накоплении нефтепродуктов актуальна проблема правильного расчета их содержания. Существуют способы, по которым долю нефтепродуктов в почве определяют по содержанию в ней органического углерода. Но сами нефтепродукты содержат не только углерод. Значит, их концентрация будет больше.
Предлагаем для учета количества нефтепродуктов ввести поправочный коэффициент накопления (Кп) нефтепродуктов в почве и формулу его определения:
=100, п
где п - суммарная доля углерода всех индивидуальных углеводородов, входящих в состав нефти, %; 100 - общая доля нефтепродуктов.
Суммарную долю углерода (п) определяем по формуле:
П = X Х(ОБЩ) = Х(С2Н6) + Х(С3Н6) + Х(С4НЮ),
где X Х(ОБЩ) - общая сумма углерода всех соединений, входящих в состав
нефти; Хс н ) - этана; Хс н ) - пропана; Х(с н ) - бутана (п-бутана и изо-бутана)
в составе нефти, %.
Расчет суммарной доли органического углерода представлен на примере качественного состава нефти Коробковского месторождения Волгоградской об-ласти[2]: этана (С2Н6) - 2,30 % массовые, пропана (С3Н8) - 19,60, изобутана (С4Н10) - 21,00, н-бутана (С4Н10) - 57,10 (Радченко и др., 1983).
Концентрация углерода в молекуле этана рассчитывали по формуле: А=24/30=80
где А (С2Н6) - доля углерода в молекуле этана; 24 - атомный вес двух атомов углерода, 30 - атомный вес этана.
Для определения процентного содержания этана в составе нефти (х) составляем пропорцию:
2,30 - 100 %
х - 80 %,
тогда получим Х=С(С2Н6)=1,84 г
Аналогично рассчитываем долю углерода в молекуле пропана: С(СзН8) = 36/44=81,82 г
где С(С3Н8) - доля углерода в молекуле пропана; 36 - атомный вес углерода; 44 - атомный вес пропана.
Для определения процентного содержания пропана в составе нефти (х) составляем пропорцию:
19,60 - 100 % х - 81,82 %,
из пропорции получим Х= 16,04 г
Суммарная доля п-бутана и изо-бутана составляет 78,1%, а значит, доля углерода в молекуле бутана будет равна:
А(С4Н10) = 48/58= 83 где А(С4Н10) - доля углерода в молекуле бутана; 48 - атомный вес четырех молекул углерода, 58 - атомный вес молекулы бутана.
Подставляем полученное значение в пропорцию:
78,10 - 100 %
х - 83,
получим: Х= 64,82
Складываем долю Сорг в составе нефти:
1,84+16,04+64,82= 82,70 и находим коэффициент накопления:
Кп=100/82,7=1,2
Используя данные о качественном составе нефтей, расположенных в различных географических регионах Российской Федерации, опубликованные в Информационный банке данных [10], мы просчитали коэффициент накопления для 106 нефтяных месторождений 15 регионов (табл. 2).
Таблица 2. - Состав нефтей и значения коэффициента накопления, Кп
Регион Качественный состав, % Собщ % Кп
С2Н6 С3Н8 С4Н10
Республика Башкирия 2,66 22,34 56,57 81,57 1,23
Республика Коми 2,09 23,86 57,63 83,57 1,20
Республика Татарстан 3,69 31,41 48,72 83,99 1,19
Республика Удмуртия 8,51 20,61 54,36 83,48 1,20
Республики Чечня, Ингушетия 9,84 19,09 54,44 83,37 1,20
Восточная Сибирь 4,45 29,14 49,49 83,08 1,20
Западная Сибирь 1,43 9,11 67,93 83,48 1,20
о. Сахалин 3,50 14,16 66,36 84,02 1,19
Краснодарский край 5,6 22,2 27,8 83,39 1,20
Ставропольский край 11,54 13,81 64,58 83,21 1,20
Волгоградская область 1,89 19,6 64,71 83,4 1,20
Оренбургская область 1,73 20,48 61,34 83,55 1,20
Пермская область 6,18 12,9 64,10 83,17 1,21
Самарская область 2,58 25,77 55,28 83,63 1,20
Саратовская область 0,66 9,34 73,08 83,08 1,20
Мы осознаем, что при наличии более детальных данных о качественном составе нефти, значение коэффициента накопления будет уточняться.
Нами показана возможность определения нефтепродуктов в почве для основных регионов России. Коэффициент накопления изменяется в узком диапазоне, равном 1,19-1,21. Для определения доли нефти или нефтепродуктов в почве по содержанию органического углерода антропогенного происхождения, предлагаем его значение умножать на коэффициент накопления, который в среднем равен 1,2 [2,4,8].
Для определения доли НП в почве по содержанию СОРГ антропогенного происхождения, предлагаем его значение умножать на коэффициент накопления:
НПант = Ся
Кп
где НП - содержание нефтепродуктов, %; Сант - значение органического углерода в загрязненной почве, %
Сант Сорг - Сфон,
Сфон, Сорг - органический углерод соответственно в незагрязненной и загрязненной почвах.
При аналитическом определении непосредственно нефтепродуктов почвы, формула будет иметь вид:
НПИст,мг/кг = НПантр-НПц,
где НПантр - доля нефтепродуктов в антропогенной загрязненной почве, их общее содержание, НПц- доля органических соединений в целинной незагрязненной почве.
Результаты анализа содержания нефтепродуктов в почвах приведены в табл. 3.
Таблица 3 - Динамика изменения концентрации НП в почвах, мг/кг
Зона 2009 2010 2011 2012
Рекреация, фон 188 160 75 79
Жилой массив 349 170 130 131
СЗЗ 445 278 391 299
Промзона 671 415 259 217
Полигоны 1019 1125 567 391
Из анализа табл. 3 четко видно снижение содержания нефтепродуктов в почвах всех исследуемых зон в результате постоянно проводимой рекультивации [6-8].
Ранее нами было выявлено, что в незагрязненной целинной почве в качестве «нефтепродуктов» определяется наличие органических соединений самой почвы, в гумусовом горизонте равное 48 мг/кг [9]. По приведенной выше формуле, непосредственная концентрация НП в почвах рекреации в 2012 г. составила (79-48)= 31 мг/кг, в почвах жилого массива - 83, СЗЗ - 251, промзоны - 169, а полигонов - 343 мг/кг.
Для таких компонентов, как нефтепродукты и фенолы, ПДК нет, и, скорее всего, не будет установлено, в силу того, что входящие в состав нефти и нефтепродуктов органические соединения одновременно являются и неспецифиче-
скими органическими соединениями любой почвы. Фенолы относятся к неспецифическим органическим соединениям почв.
Фенолы. Доля оксибензолов закономерно снижается в почвах с 2009 по 2012 г. на всех объектах, В 2012 г. по сравнению с фоном их накопление в жилом массиве выше в 1,1 раза, СЗЗ - в 1,4, в промзоне - в 1,8, в полигонах - в 2,3 раз. Диапазон концентраций - от 0,5 до 2,64 мг/кг (Мерзлякова, 2013).
Фенолы - неотъемлемая составляющая органической части почвы. Их содержание в почве фона нами принято как доля фенолов естественного происхождения. Для определения доли фенолов антропогенного происхождения (Фант) предлагаем формулу расчета:
Фант, мг/к г = Фобщ - Ффон , где Ффон, Фобщ - соответственно доля фенолов в фоновой (незагрязненной) и исследуемой загрязненной почвах, мг/кг. Принимаем Ффон равным 0,5 мг/кг.
По предложенной формуле рассчитали Фант, долю фенола антропогенного происхождения (табл. 4).
Таблица 4 - Доля фенолов антропогенного происхождения, мг/кг
Годы Жилой массив СЗЗ Промзона Полигоны
2009 0,23 0,57 1,21 2,14
2010 0 0,65 0,87 1,90
2011 0 0,05 0,62 1,57
2012 0 0,07 0,40 0,65
Доля фенолов антропогенного происхождения в жилом массиве соответствует фону, за исключением 2009 года, с 2009 к 2012 гг. существенно снижается: в СЗЗ - в 8,1 раза, в промзоне - в 3,03 раза, на полигонах - в 3,29, и максимальна - на территории прудов-накопителей (табл. 4).
«Часто наблюдается несогласованность толкования терминов в словарях и других документах, не говоря уж о научных публикациях. Необходимо учитывать вероятностный характер любых нормативов, следующий из-за ошибок измерения показателей, статистического характера связей почвенных показателей с той или иной прикладной оценкой» [11, с. 498].
Выводы
1. Для определения токсикации почв нефтью и нефтепродуктами предлагаем: Определять долю органического углерода в условно незагрязненной почве и в исследуемой почве. При пересчете на нефтепродукты применять коэффициент, равный 1,2.
2. Определять долю НП и фенолов в условно незагрязненной почве и в исследуемой почве. В условно незагрязненной почве в качестве « нефтепродуктов» и фенолов определяются неспецифические органические соединения самой почвы. Разницу в содержании поллютантов в исследуемой почве (НПобщ и Фобщ) и незагрязненной почве (НП фон и Ффон) является концентрацией НП и фенолов антропогенного происхождения.
Список источников:
1. ГОСТ 17.4.3.06-86. Охрана природы. Почвы Общие требования к классификации почв по влиянию на них химических загрязняющих веществ.
2. Кокорина Н.Г., Околелова А.А., Голованчиков А.Б. Детоксикация нефтеза-грязненных почв хитозаном. Волгоград. 2012. - 204 с.
3. Методические указания «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест». М, 2003. Утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 7.02.1999 № 2.1.7.730-99.
4. Околелова А.А., Безуглова О.С., Егорова Г.С. Экологические принципы сохранения почвенного покрова. Волгоград. 2006. - 96 с.
5. Околелова А.А., Безуглова О.С., Кастерина Н.Г. Нефтепродукты в почвах. Терминология и проблемы учета. Живые и биокосные системы. 2013. вып.4.
6. Околелова А.А. Желтобрюхов В.Ф., Мерзлякова А.С. Оценка состояния почвенного покрова в зоне влияния нефтехимического предприятий // Проблемы региональной экологии. 2012. № 5. С. 59-61.
7. Околелова А.А. Желтобрюхов В.Ф., Мерзлякова А.С. Фенольная токсикация почвенного покрова в зоне деятельности нефтехимических предприятий // Фундаментальные исследования. 2013. № 4 (ч. 2). С. 384-387.
8. Околелова А.А, Карасева А.С., Куницына И.А. Методы определения и расчёта органических поллютантов в нефтезагрязнённых почвах // Фундаментальные исследования. - 2011. - № 8 (часть 3). - С. 687-689.
9. Околелова А.А., Мерзлякова А.С., Герман Н.В. Фитотоксичностьнефтезагряз-ненных почв. Международный журнал естественно-гуманитарных исследований. 2014. № 1(3). С. 26-31.
10. Радченко, Е.Д. и [др.]. Информационный банк данных по качеству нефтей СССР и нефтепродуктов / Е.Д. Радченко, Э.Ф. Каминский, З.В. Дриадская, М.А. Мхчи-ян, И.В. Терешина // Каталог-справочник. М.: ЦНИИТЭНефтехим, ч. 1, 1983. - 197 с.
11. Фрид А.С. Экологическое нормирование свойств почв при антропогенных воздействиях. Матер. межд. научн. конф, посвящ. 1650-летию В.В. Докучаева. «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России». СПБ. 2011. С. 498-499.
