CC BY
47
УДК 614.777:543.544
Л.А. Долматова, Н.Г. Базарнова, О.Н. Куряшкина Нефтепродукты в различных объектах экосистемы р.Барнаулки
Нефтепродукты поступают в поверхностные воды и другие объекты экосистемы со сточными и хозяйственно-бытовыми водами (антропогенная составляющая), а также в результате выделений растительных (например, смолистые вещества, выделяемые хвойным лесом; углеводороды, образующиеся в результате гниения зеленой массы растений в заболоченной местности и т.д.) и животных организмов (природная составляющая) [1—4].
Предельно-допустимые концентрации (ПДК) нефтепродуктов составляют: для водоемов общесанитарного пользования - 0,3 мг/дм3, для водоемов рыбохозяйственного назначения -0,05 мг/дм3.
При поддержке РФФИ в 2000 г. было проведено исследование снежных осадков, воды, поровой воды, донных отложений и почв водосборного бассейна Барнаулки на содержание органических токсикантов, в том числе и нефтепродуктов, в различные гидрологические периоды 2000 г.
Для наблюдения по длине реки были выбраны 7 створов от истоков к устью (табл. 1). Пробы снежных осадков отбирали один раз -в конце зимы (середина марта). Снег хранили на холоде, таяли его в стеклянной посуде при температуре окружающего воздуха. Подкисленную талую воду (до рН = 5, конц. НС1) экстрагировали сразу же трихлорметаном. Далее анализ талой воды на содержание нефтепродуктов проводили, как описано в литературе [1, 2]. Пробы воды и донных отложений отбирали 6 и 5 раз соответственно: в марте (зимняя межень - ЗМ), апреле, мае (пик и конец весеннего половодья - ВП), июле, августе (летняя межень - ЛМ), октябре (осенняя межень - ОМ). Пробы почв отбирали до
снеготаяния (март) и после снеготаяния (апрель, май). Воду на содержание нефтепродуктов анализировали по той же методике, что и снег [1, 2], почвы - по [5], донные отложения и поро-вую воду - по [1, 2, 5, 6] с гравиметрическим окончанием. Почвы и донные отложения хранили в замороженном виде, при минусовой температуре, чтобы исключить окислительные и биохимические процессы.
Снег. На рисунке 1 представлены данные о содержании нефтепродуктов и органического вещества (определяемого как химическое потребление кислорода - ХПК и перманганат-ная окисляемость) в пробах снега.
Из данных, приведенных на рисунке 1, видно, что в точках 1-3, удаленных от города, концентрация нефтепродуктов в снеге имеет тенденцию к снижению. В точках 4-6, находящихся в черте Барнаула, эта тенденция меняется на противоположную - увеличение концентрации нефтепродуктов.
Минимальная концентрация нефтепродуктов в снеге (0,04 мг/дм3) наблюдается в точке 3, а максимальная (0,42 мг/дм3) - в точке 6.
В точке 1 концентрация нефтепродуктов составляет 0,34 мг/дм3. Это район соснового бора и болотистой поймы. Высокая концентрация в этой точке может быть обусловлена влиянием природной составляющей. В точках 2 и 3 концентрация нефтепродуктов уменьшается до 0,23 и 0,04 мг/дм3 соответственно, так как эти точки удалены от ленточного бора и антропогенная нагрузка на них еще отсутствует. В точках 4 и 5 концентрация нефтепродуктов в снеге увеличивается (0,06 и 0,10 мг/дм3 соответственно) так как на эти точки оказывает влияние г. Барнаул (появление активного автомобильного движения с выбросами выхлопных газов, использование
Таблица 1
Створы отбора проб на анализ органических токсикантов
№ створа Привязка к местности
1 с. Зимино Ребрихинского района, мост, левый берег
2 с. Черемное Павловского района, водозабор, левый берег
3 ниже с. Борзовая Заимка, Центральный район г. Барнаула, левый берег
4 ниже пляжа «Лесной пруд», левый берег
5 ниже устья р. Пивоварки, пешеходный мост, правый берег
6 ниже АЗА (Алтайский завод агрегатов), левый берег
7 район Старого базара, мост через р. Барнаулку, правый берег
химия
твердого топлива для отопления домов частного жилого фонда и др.). В точке 6 концентрация нефтепродуктов в снеге резко возрастает до 0,42 мг/дм3. По загрязненности снега нефтепродуктами это самая грязная точка на всем рассматриваемом участке вдоль Барнаулки. В точке 6 на правом берегу находится городская свалка, проходит окружная автотрасса и расположен Алтайский завод агрегатов. Поступления от этих источников, по-видимому, и загрязняют снег в этой точке. В точке 7 концентрация нефтепродуктов в снеге снижается (0,07 мг/дм3), ввиду отсутствия некоторых источников загрязнения -активного автомобильного движения, городской свалки.
Согласно данным, представленным на рисунке 1, ХПК в снеге коррелирует с изменением концентрации нефтепродуктов в снеге (коэффициент корреляции г=0,66). Причины снижения концентрации нефтепродуктов и ХПК в точках 1-4 общие: уменьшение природной составляющей в этих точках.
длине реки от створа 3 до створа 7. По-видимому, в этот период происходит окисление нефтепродуктов (в отсутствие сброса сточных вод), и их концентрация снижается.
Рис. 1. Пространственное изменение концентрации нефтепродуктов и общих показателей содержания органического вещества в снеге
Вода. Пространственное изменение концентрации нефтепродуктов в различные сезоны 2000 г. имеет ряд общих тенденций (рис. 2). В периоды зимней и осенней межени, весеннего половодья наблюдается тенденция постепенного увеличения концентрации нефтепродуктов в воде Барнаулки на участках, подверженных прямой антропогенной нагрузке (створы 3-7), т.е. в черте Барнаула. Очевидно, основное поступление нефтепродуктов, как загрязняющих веществ, в эти периоды происходит с территории водосборного бассейна. В период летней межени наблюдается противоположная тенденция - постепенное снижение концентрации нефтепродуктов по всей
Рис. 2. Пространственное изменение концентрации нефтепродуктов в поверхностных водах Барнаулки в различные гидрологические периоды 2000 г.
Изменение концентрации нефтепродуктов во времени в основных створах реки протекает следующим образом. В створах, не подверженных прямой антропогенной нагрузке (створы 2-4), происходит постепенное увеличение концентрации нефтепродуктов в периоды зимней межени, весеннего паводка и летней межени и снижение в период осенней межени, с максимальной концентрацией для каждого створа в период летней межени. В створах 5-7, подверженных антропогенной нагрузке, концентрация нефтепродуктов во времени изменяется по-другому. В створах 6 и 7 происходит снижение концентрации нефтепродуктов в период летней и осенней межени. В створе 5 повышенные концентрации относятся к периодам зимней и летней межени, а пониженные - к периодам весеннего паводка и осенней межени.
За весь наблюдаемый период 2000 г. концентрация нефтепродуктов в Барнаулке колебалась от 0,02 (створ 6 в период летней межени) до 6,15 мг/дм3 (створ 6, весеннее половодье). В воде Барнаулки в створах 5-7 в зимнюю межень были идентифицированы углеводороды состава С12-С36 методом хромато-масс-спектрометрии. Характер распределения углеводородов позволяет сделать вывод об их антропогенном происхождении. В воде створа 1 в период летней межени (июль) методом хрома-то-масс-спектрометрии идентифицированы органические соединения различных классов: углеводороды состава С8-С28, высшие спирты, кислоты, производные антрацена, азот-и серосодержащие соединения. Характер рас-
пределения и состав органических соединений этого створа отличается от состава нефтепродуктов створов 5-7. Очевидно, компоненты нефтепродуктов створа 1 появились в воде в связи с деятельностью гидробионтов, их отмиранием и распадом. Таким образом, характер загрязнения створа 1 может быть объяснен естественным природным фоном данной местности.
Поровая вода. Концентрацию нефтепродуктов в поровой воде донных отложений контролировали в мае, июле, августе (рис. 3). По-
Рис. 3. Пространственное изменение концентрации нефтепродуктов в поровой воде в период весеннего половодья и летней межени 2000 г.
ровая вода является промежуточным звеном между донными отложениями и поверхностными водами. Концентрация нефтепродуктов в поровой воде донных отложений Барнаулки 2000 г. варьирует в пределах 1,0 (створ 2, май; створ 7, август) - 174 мг/дм3 (створ 2, август) Согласно рисунку 3, в мае концентрация нефтепродуктов в поровой воде изменяется скачкообразно с минимумами в створах 2 (1,0 мг/ дм3), 5 (1,25 мг/дм3) и 7 (17,5 мг/дм3) и максимумами в створах 1 (26 мг/дм3), 4 (28 мг/дм3) и 6 (49 мг/дм3). В этот период (конец паводка) наблюдается удовлетворительная корреляция между концентрацией нефтепродуктов в поровой воде и поверхностных водах Барнаулки (г = 0,79). В июле в створах 1, 4, 6, 7 происходит снижение концентрации нефтепродуктов в поровой воде, а в створах 2, 3, 5 - увеличение. Очевидно, в одних случаях происходит окисление нефтепродуктов, в других - развитие биоценоза. В июле минимальная концентрация нефтепродуктов в поровой воде (1,50 мг/дм3) относится к створу 4, максимальная (50,0 мг/дм3) - к створу 3.
В августе в результате отмирания биоты происходит накопление углеводородов в створах 1 и 2 (44,0 и 174 мг/дм3). В створах 5 и 6
высокие концентрации нефтепродуктов связаны с поступлением их со сточными водами предприятий и загрязненными водами р. Пивоварки. В точке 7 в этот период наблюдается понижение концентрации нефтепродуктов в поверхностных водах, поровой воде и донных отложениях, вследствие снижения антропогенной нагрузки и окисления нефтепродуктов на участке между створами 6 и 7.
Донные отложения. По шкале оценки уровня нефтяного загрязнения, предложенной ЛИ. Цветковой [7], донные отложения (практически во всех створах Барнаулки) могут быть отнесены к чистым, умеренно-загрязненным (до 40 мг/100 г), а в створе 7 (в периоды весеннего половодья и осенней межени) - к за-гряз-ненным (от 40 до 300 мг/100 г). В течение 2000 г. концентрация нефтепродуктов в донных отложениях Барнаулки изменялась в пределах 0,03 (створ 5, пик паводка)-2,46 мг/г (створ 7, пик паводка) (рис. 4).
Рис. 4. Пространственное изменение концентрации нефтепродуктов в донных отложениях р. Барнаулки в различные гидрологические периоды 2000 г.
Пространственное изменение концентрации нефтепродуктов в донных отложениях Барнаулки неоднородно. В пик весеннего паводка и в период осенней межени концентрация нефтепродуктов претерпевает минимумы в створах 2 и 4 и максимумы - в створах 3 и 7. В створах 4-6 концентрация нефтепродуктов в эти гидрологические периоды изменяется мало. В конце паводка в створах 2-5 происходит снижение концентрации нефтепродуктов с минимумом в створе 5. В створах 6 и 7 концентрация нефтепродуктов возрастает. В период летней межени происходит снижение концентрации нефтепродуктов в донных отложениях створов 1-3, находящихся вне черты Барнаула. В створах 4 и 7 происходят скачкообразные повы-
химия
шения концентрации нефтепродуктов, сопровождающиеся последующими снижениями в створах 5 и 7 соответственно.
Изменение содержания нефтепродуктов в донных отложениях Барнаулки в зависимости от времени имеет ряд особенностей для различных створов. В створе 1 на протяжении всего года происходит постепенное снижение концентрации нефтепродуктов с минимумом в период осенней межени (0,11 мг/г). В створе 2 пониженные концентрации наблюдаются в пик весеннего паводка, осенний и летний меженный периоды. Максимальная концентрация нефтепродуктов в донных отложениях этого створа наблюдается в конце весеннего паводка (0,16 мг/г). Донные отложения створов 3 и 7 характеризуются постепенным снижением концентрации нефтепродуктов в периоды весеннего паводка и летней межени и повышением в период осенней межени (0,05 и 1,73 мг/г). В створах 4 и 6 происходит увеличение концентрации нефтепродуктов в течение всего периода весеннего паводка и летней межени с последующим снижением в период осенней межени (0,04 мг/г). Донные отложения створа 5 характеризуются низкой концентрацией нефтепродуктов во все гидрологические сезоны 2000 г. (0,03-0,07 мг/г).
Почвы. В настоящее время нет единого критерия и показателя загрязненности почв нефтью и нефтяными компонентами, поскольку реакция почв на загрязнение нефтью, их чувствительность к нефти далеко не одинаковы не только в разных почвенно-географических зонах, но даже в пределах сопряженных ландшафтов. Некоторые авторы [8] указывают, что нижний предел концентраций нефтяных компонентов в почве, еще не вызывающих негативных явлений, находится в пределах от 0,1 до 1,0 г/кг. Данные о концентрации нефтепродуктов в почвах бассейна Барнаулки в марте-мае (рис. 5) позволяют сделать вывод о том, что они еще пока находятся на нижнем пределе и не могут вызывать негативных явлений для этих почв.
Пространственное изменение концентрации нефтепродуктов в почвах изменялось следующим образом. В марте уровень концентрации нефтепродуктов в почвах варьировал от 0,03 в точке 5 до 0,45 мг/г в точке 3 (рис. 5). В целом для этого периода времени наблюдается повышение концентрации нефтепродуктов в точках
Рис. 5. Пространственное изменение концентрации нефтепродуктов в почвах бассейна Барнаулки в 2000 г.
1-3 и 5-7 и последовательное снижение на участке 3-5 точек.
В апреле уровень загрязненности почв снижается в целом для всех точек и пространственное изменение концентрации нефтепродуктов имеет те же тенденции, что и в марте, за исключением точки 2. По сравнению с мартом 2000 г., следует отметить, что в апреле повсеместное снижение концентрации нефтепродуктов в почвах связано со смывом их талыми водами в период снеготаяния. В мае происходит увеличение концентрации нефтепродуктов во всех точках, по сравнению с апрелем. Очевидно, это связано с переносом воздушными массами с территории водосборного бассейна Барнаулки частиц пыли и сажи, содержащих на себе адсорбированные нефтепродукты, и с выпаденем осадков на этой же территории.
Таким образом, в апреле нефтепродукты вымываются талыми водами из почв, а в мае вновь происходит поступление загрязняющих веществ в почву с водосборного бассейна.
Авторы выражают глубокую благодарность коллективу лаборатории гидрохимических исследований ИВЭП СО РАН: заведующей лабораторией, кандидату химических наук Т.С. Папиной, кандидам химических наук С.С. Эйрих, Е.И. Третьяковой за помощь в обсуждении результатов и написании этой статьи; инженерам Т.Г. Серых и В.Н. Морозовой - за предоставленные результаты анализа ХПК и ПО.
Литература
1. Руководство по гидрохимическому анализу поверхностных вод суши / Под ред. АД. Семенова. Л., 1977.
2. Унифицированные методы анализа вод / Под ред. Ю.Ю. Лурье. М., 1984.
3. Синельников В.Е. Механизм самоочищения водоемов. М., 1980.
4. Драчев С.М. Борьба с загрязнением рек, озер и водохранилищ промышленными и бытовыми стоками. М.; Л, 1964.
5. Серегина И.Ф., Окина О.И., Кистанов А.А Спек-трофотосметрическое определение нефтепродуктов в почвах // Журнал аналитической химии. 1999. Т. 54. №4.
6. Методические указания по определению нефтепродуктов в донных отложениях. РД 52. 24. 80-89. М., 1990.
7. Цветкова ЛИ. Загрязнение донных грунтов р. Невы //Санитарное состояние реки Невы. Л., 1967.
8. Глазовская М.А., Пиковский Ю.И. Комплексный эксперимент по изучению факторов самоочищения и рекультивации загрязненных нефтью почв в различных природных зонах // Проблемы 3 Всесоюзного совещания по исследованию миграции загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. М., 1985.
