CC BY
53
УДК 504.064.3+631.423.4
Э.Р. Зайнулгабидинов, Ю.А. Игнатьев, А.М. Петров
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]
ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТОДА ПОТЕРИ МАССЫ ПРИ ПРОКАЛИВАНИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НЕФТИ В ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ
Метод потери массы при прокаливании - один из простых и перспективных подходов для определения количественного содержания углеводородов нефти загрязненных почв. Важным условием для получения корректных значений является полное сгорание органических соединений нефти и нефтепродуктов, содержащихся в почве. Объектом исследования являлись нефтезагряз-ненные серые лесные почвы, условно рекультивированные в лабораторных условиях. Уровень исходного содержания нефти составлял 5%, 8.5%, 10% и 15%. Температура и время прокаливания - основные параметры рассматриваемого метода. Поиск оптимальной температуры производился при последовательном прокаливании в течение 4 часов при вариациях температур от 200 до 600 °С. Для нефтезагрязненных почвенных образцов оптимален температурный диапазон прокаливания от 550 °C до 600 °С, а ее продолжительность - от 2 до 4 часов.
Ключевые слова: нефтяное загрязнение; потери при прокаливании; серые лесные почвы; рекультивация.
DOI: 10.24411/2411-7374-2020-10043
Введение
Несмотря на многолетние усилия и многочисленные разработки методик измерений, аналитическое определение содержания нефти и нефтепродуктов (НП) в окружающей среде остается сложной задачей и, согласно мнению многих специалистов в этой области, по многим аспектам до конца нерешенной (Лозовой и др., 2006; Федорова и др., 2014). Использование разных методик приводит к существенному разночтению полученных данных, что связано не только со сложной структурой поллютанта, но и с изменением во времени его компонентного состава (Темерда-шев и др., 2016).
В настоящее время измерение массовой доли НП в почвах проводится на основе определения содержания в них неполярных углеводородов (УВ) (ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3:3.64; ПНД Ф 16.1:2.2.22-98; ПНД Ф16.1:2.21-98). Данный подход подразумевает определение суммарного содержания органических соединений нефти (ОСН), основываясь на концентрации только неполярной фракции НП. Следует отметить, что отделяемая на сорбенте (оксид алюминия) неполярная смесь УВ рассматривается как часть нефтяного загрязнения, не подвергшаяся трансформации (Завгородная и др., 2017).
С течением времени попавшая в окружающую среду нефть вследствие деятельности микроор-
ганизмов подвергается деструкции и трансформации. В результате этих процессов образуются различные промежуточные соединения, которые обладают полярностью, например, кислородосо-держащие интермедиаты (Гэрэлмаа, 2010; Rojo, 2009; Abbasian et al., 2015). Становится очевидным, что, базируясь только на данных о неполярной фракции УВ, практически невозможно рассчитать реальные количественные значения остаточного содержания НП в почве, особенно на выветренном или «старом» загрязнении.
Метод потери массы при прокаливании (ППП) рассматривается как один из перспективных подходов для количественного определения органического вещества (ОВ) почв и донных отложений (Konen et al., 2002; Wang et al., 2011; Wang et al., 2012; Touch et al., 2017). В его основе лежит прокаливание почвы при высокой температуре в течение определенного промежутка времени, при этом потеря массы образца является пропорциональной количеству содержащегося ОВ. Для реализации метода требуется оборудование, которое является обычным для большинства лабораторий - аналитические весы, сушильный шкаф, муфельная печь и фарфоровые тигли. Кроме того, рассматриваемый метод является относительно простым, отличается дешевизной и меньшей трудоемкостью по сравнению с существующими традиционными методами для определения поч-
российский журннл ИМ! экологии
венного ОВ (Konen et al., 2002; Touch et al., 2017).
При количественной оценке содержания автохтонного ОВ почв и донных отложений методом прокаливания ряд авторов указывает на отсутствие разработанных стандартизированных методик. Показано, что на результаты могут влиять такие факторы как температура прокаливания, время выдержки, масса образца, даже положение тиглей в печи (Heiri et al., 2001). При попытке оптимизации условий основное внимание в первую очередь уделяется таким показателям как температура и время прокаливания. Так, рядом исследователей наиболее подходящим считается температурный диапазон 500-550 оС (Heiri et al., 2001; Wang et al., 2001). В частности, было показано, что температура прокаливания ниже 550 оС обычно приводит к недооценке общего ОВ (Boyle, 2004). Однако М.Е. Конен (Konen et al., 2002) при исследовании почвенных образцов из центральных районов США получил удовлетворительные результаты при гораздо более низкой температуре - 360 °C.
Вопрос, касающийся продолжительности прокаливания в зависимости от выбранной температуры и от навески исследуемого образца, также остается дискуссионным. Согласно различным литературным источникам, этот показатель варьирует в диапазоне от 1 до 4 часов (Heiri et al., 2001).
Анализ опубликованных работ показал, что сложность выбора оптимальных условий прокаливания связана с потерей массы образцов за счет иных, не связанных с окислением автохтонного ОВ реакций. Одновременное разрушение минерального и органического вещества может происходить в довольно широко перекрывающемся диапазоне температур, и эти два процесса часто невозможно полностью разделить. К ним обычно относят обезвоживание глинистых минералов, потерю летучих солей и разложение карбонатов, которое может начаться при 425 оС (Weliky et al., 1983; Heiri et al., 2001; Wang et al., 2011; Wang et al., 2012). Возможность протекания таких реакций зависит от состава минеральной компоненты анализируемых образцов, определяемой генезисом почв.
При прокаливании загрязненных нефтью и НП почв ожидается, что потеря массы почвенного образца происходит за счет сгорания автохтонного ОВ самих почв и привнесенных извне аллохтон-ных органических соединений. Таким образом, количественное содержание ОСН можно определить как разницу между значениями потери массы нефтезагрязненных и чистых почвенных образцов (Игнатьев, и др., 2018). Основываясь на
таком подходе, составом минеральной компоненты почвы можно пренебречь, поскольку вполне логично предположить, что потеря массы за счет реакций, не связанных с окислением ОВ будет аналогичной как для контрольных, так и для не-фтезагрязненных образцов.
Ранее на примере серых лесных почв была показана принципиальная возможность применения метода ППП для определения остаточного пула нефти и НП в рекультивированных или содержащих «старые» загрязнения почвах (Игнатьев и
др., 2018).
Цель данной работы заключалась в определении оптимальных условий прокаливания (температура, время) для корректного определения количественного содержания УВ нефти в загрязненных почвах.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являлись светло серые лесные, серые лесные и темно серые лесные почвы, загрязненные парафинистой нефтью Яма-шинского месторождения Республики Татарстан. Уровень исходного содержания нефти составлял 5%, 8.5%, 10% и 15% от массы почвенных образцов. Почвы в течение 5 лет подвергались рекультивации в лабораторных условиях, которая заключалась в периодическом рыхлении и поддержании влажности на уровне 60% полной влагоем-кости. Контролем служили чистые почвенные образцы, содержавшиеся в аналогичных условиях. Подробные физико-химические характеристики рассматриваемых почв и условия эксперимента изложены в (Игнатьев и др., 2018).
Образцы доводили до воздушно-сухого состояния, растирали фарфоровым пестиком в фарфоровой ступке и просеивали через сито с размером ячеи 0.25 мм. Навески почвы (1.3-1.8 г) помещали в предварительно подготовленные фарфоровые тигли и высушивали в сушильном шкафу при температуре 105 оС до стабилизации массы. Предварительная подготовка тиглей включала прокаливание при температуре 600 оС, охлаждение в эксикаторе с силикагелем до комнатной температуры и взвешивание на аналитических весах.
Для определения влияния температуры на потерю массы почвенные образцы последовательно прокаливали в течение 4 часов при температурах 200 °С, 250 °С, 300 °С, 350 °С, 400 °С, 450 °С, 500 °С, 550 °С и 600 °С муфельной печи «SNOL 8,2/1100». После каждой температурной обработки почвенные образцы охлаждали в эксикаторе с силикагелем до комнатной температуры и взвешивали на аналитических весах с точностью до
4 знака. Оптимальное время прокаливания устанавливали путем последовательной экспозиции образцов при температуре 600 °С с шагом 0.5 часа.
ППП рассчитывали по формуле:
ППП
(СВю5 - ПВ,)
СВ
х 100%,
105
где ППП - потеря массы при прокаливании, СВ105 - масса абсолютно сухого образца до про-каливания(г), ПВ( - масса образца после прокаливания (г).
Все эксперименты выполнялив трехкратной повторности.
Расчет ОСН проводили по формуле:
ОС H
= X(mi
Мк) / n,
i=1
где ОСН - масса органических соединений нефти, тй - потеря массы после прокаливания отдельного образца нефтезагрязненной пробы, Мк - средняя потеря массы после прокаливания для контрольных образцов, n - количество повторностей.
Полученные данные подвергали стандартной статистической обработке.
Результаты и их обсуждение
Корректное количественное определение привнесенных в почву извне ОСН предполагает оптимизацию условий прокаливания, обеспечивающих наиболее полное сгорание поллютанта с учетом его термических характеристик.
На предварительном этапе определяли изме-
Рис. 1. Изменение ППП нефти при последовательном повышении температуры Fig. 1. Loss on ignition (LOI) changes of the oil with temperature
increments
нение массы самого загрязнителя (нефти) при последовательном повышении температуры прокаливания. Навеска проб нефти составляла порядка 1.5-1.6 г, время прокаливания для каждой выбранной температуры - 4 часа. Анализ проводили, начиная с температуры 105оС, которая была принята за нулевую точку. Это связано с необходимостью удаления гигроскопической влаги в почвенных образцах. Полученные данные представлены на рисунке 1.
Нагрев сырой нефти до 105 оС приводил к испарению легкокипящих ОВ, потери которых составляли 26-28% от массы (рис. 1). Как показали ранее проведенные исследования, время испарения наиболее легких фракций в зависимости от свойств загрязненной среды может изменяться от нескольких часов до нескольких суток (Wang, Fingas, 1995; Игнатьев и др., 2014; Зайнулгабиди-нов и др., 2016). Следует отметить, что для определения содержания легколетучих соединений при нефтяном загрязнении используют другие, отличающиеся пробоотбором и пробоподготов-кой, подходы (Другов, Родин, 2000, 2013).
Форма кривой потери массы нефти, полученная при последовательном повышении температуры прокаливания указывает на наличие двух отличающихся термоустойчивостью групп ОСН (рис. 1). Потеря более 30% массы при прокаливании за счет первой группы происходит в диапазоне температур от 105 до 250 оС. Вторая группа ОСН, являясь более термоустойчивой, сгорает в диапазоне температур 350-400 оС. При этих условиях снижение массы образца составило около 40%. Начиная с 450 оС снижение массы нефтяных проб не отмечено. Данный температурный показатель принят как максимальный, при котором полностью сгорает используемая в экспериментах нефть.
На наш взгляд, корректность определения суммарного содержания ОСН может быть связана со знанием действия возможных факторов, влияющих, в том числе, и на процессы микробиологической трансформации компонентов нефти. Как было показано ранее, в серых лесных почвах данные процессы могут модифицироваться в зависимости от уровня начального загрязнения и внутрипочвенных условий (Игнатьев и др., 2014; Зайнулгаби-динов и др., 2016; Зайнулгабиди-нов и др., 2017; Вершинин и др., 2018). В результате процессов
40
20
0
0
50
Г. оС
66
российский журнал прим экологии
Т, ос
в
Т, ос
с
Т, ос
Рис. 2. Изменение ППП почвенных образцов нефтезагрязненных серых лесных почв при
повышении температуры Начальные уровни загрязнения нефтью: A - 5%,
B - 10%, C - 15% от массы почвы (DGS - темно-серые лесные, GS - серые лесные,
LGS - светло серые лесные почвы) Fig. 2. Loss on ignition (LOI) changes of the oil-contaminated grey forest soil samples with
temperature increments Initial levels of oil contamination: A - 5%, B - 10%,
C -15% of the soil mass (DGS - dark grey forest soils, GS - grey forest soils, LGS - light grey forest soils)
выветривания возможно образование промежуточных продуктов трансформации с различными физико-химическими свойствами и, следовательно, с более высокими термическими характеристиками. Таким образом, используя при прокаливании максимальную для нефти температуру 450 оС, возможно получение заниженных значений по
содержанию аллохтонного ОВ в результате неполного сгорания трансформированных ОСН.
На рисунке 2 представлены результаты изменения массы ОСН почвенных образцов подтипов серых лесных почв со «старым», 5-летним нефтяным загрязнением при последовательном повышении температуры при начальном уровне загрязнения 5%, 10% и 15% от массы почвы. В качестве нулевой точки выбрана масса образцов после удаления гигроскопической влаги. Окисление основной массы ОВ рассматриваемых почвенных образцов началось при температуре 200 °C, до которой сгорело в среднем около 20%. Основная потеря массы отмечена в диапазоне температур от 200 °C до 350 °C, когда в среднем изменение массы составило примерно 70% оставшихся ОСН. Наиболее термоустойчивая фракция во всех загрязненных образцах составила порядка 10%.
Сравнительный анализ данных выявил различные изменения термических характеристик нефти за время 5-летнего выветривания в зависимости от уровня начального загрязнения и физико-химических характеристик рассматриваемых почв (рис. 1, 2). Следует отметить, что полная элиминация УВ при температуре 450 °C наблюдалась только в образцах светло-серой лесной почвы. В остальных случаях для полного сгорания ОСН требовалась более высокая температура - 550 оС. При дальнейшем ее увеличении (до 600 оС) изменение массы рассматриваемых образцов не отмечалось, что указывает на полное сгорание трансформированных органических соединений. Полученные результаты хорошо согласуются с рекомендациями и данными ранее приведенных исследований для различных типов нативных почв (Аринушкина, 1970; Wang et. al., 2012). Таким образом, можно отметить, что термические характеристики остаточных аллохтонных УВ могут соответствовать таковым ОВ незагрязненных почв.
Анализ литературы показал, что вопрос, касающийся продолжительности прокаливания, все еще остается дискуссионным. Согласно различным источникам, рекомендуемое время варьирует в диапазоне от 1 до 4 часов, которое может зависеть от выбранной температуры сгорания (Heiri et al., 2001; Wang et al., 2011).
Для определения оптимальной продолжительности прокаливания при температуре 600 оС определялась потеря массы образцов серой лесной почвы с уровнями начального загрязнения нефтью 8.5% и 15% после двухлетней рекультивации в лабораторных условиях. Измерение потери массы проводилось при последовательном увеличении времени выдержки с шагом в 0.5
Время, час / Time, hour
Рис. 3. Изменение ППП почвенных образцов с различным начальным уровнем загрязнения нефтью в зависимости от времени
Fig. 3. Loss on ignition (LOI) change of the soil samples with different initial levels of oil pollution depending on time
часа. Данные по изменению массы нефтезагряз-ненных почвенных образцов после вычета значений аллохтонного ОВ чистых почв представлены на рисунке 3.
Как видно из рисунка 3, при прокаливании образцов почвы в течение 0.5 часа потеря массы аллохтонных УВ составила более 70%. Через 1 час их содержание снизилось более чем на 90%, а через 1.5 часа приблизилось практически к постоянному значению. При увеличении времени прокаливания до 2 и более часов полученные результаты статистически не различались. Следует отметить, что продолжительность прокаливания до полного сгорания ОСН практически не зависела от уровня начального загрязнения.
Вопросом, связанным с выбором оптимальной массы анализируемого образца, также не стоит пренебрегать. От этого параметра зависит точность определения концентрации аллохтонного ОВ. Например, было показано, что при слишком маленькой навеске возникают ошибки, связанные с переоценкой содержания органического углерода. Пробы с большой массой могут показывать заниженные результаты при непродолжительном времени прокаливания, поскольку требовалось больше времени для полного сгорания автохтонного ОВ. Ранее было отмечено, что небольшие образцы теряли массу быстрее, чем крупные, и скорость потери массы была постоянной, если она колебалась в диапазоне от 1.0 г до 1.5-1.8 г (Heiri et al., 2001). Следует ожидать, что масса образцов в пределах данного диапазона может быть наиболее оптимальным для корректного определения содержания ОСН.
Заключение
Температура и время прокаливания являют-
ся основными параметрами рассматриваемого в данной работе метода определения содержания в почвах нефти по потерям массы при озолении образца при высоких температурах. От их правильного сочетания зависит степень сгорания аллохтонного ОВ и, следовательно, получение корректных результатов. Оптимизация рассматриваемых параметров определяется термическими характеристиками ОСН и массой исследуемого образца. Возможные побочные реакции, не связанные с окислением ОВ, не учитываются, поскольку они одновременно будут протекать как в чистых, так и в загрязненных образцах.
На основании полученных данных, для количественного определения ОСН, содержащихся в почве, оптимальным для прокаливания можно считать температурный диапазон от 550 °C до 600 °С и временной диапазон от 2 до 4 часов.
При условии соблюдения рекомендованных условий полученный результат может быть достоверным. Корректировка условий измерения -это вопрос достаточности знаний о термических свойствах выветренных аллохтонных органических соединений, на которые могут влиять как почвенные характеристики, так и уровень начального загрязнения.
Метод ППП является простым и дешёвым, не требующим высокой квалификации оператора. Однако, несмотря на это, одним из его недостатков является продолжительность проведения процедуры, что связано с длительностью таких процессов как высушивание образцов, прокаливание их в муфельной печи (до 4 часов) и охлаждение до комнатной температуры в эксикаторе для взвешивания. В то же время следует отметить, что работа оператора занимает небольшую часть используемого времени, что, несомненно, является положительным моментом. Эффективность процедуры также связана с количеством одновременно прокаливаемых образцов.
Литература
1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.
2. Вершинин А.А., Петров А.М., Зайнулгабидинов Э.Р., Каримуллин Л.К. Нефтяное загрязнение и содержание микробной биомассы в различных типах почв // Вестник Оренбургского госуниверситета. 2018. №3. С. 114-119. doi: 10.25198/1814-6457-215-114.
3. Гэрэлмаа Т. Исследование процессов биодеградации вязких нефтей Монголии для создания методов увеличения нефтеотдачи и рекультивации нефтезагрязненных почв: Автореф. дисс. ... канд. хим. наук. Томск, 2010. 26 с.
4. Другов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. Практическое руководство. СПб.: Анатолия, 2000. 250 с.
5. Другов Ю.С., Родин А.А. Анализ загрязненной почвы и опасных отходов. М.: Бином, 2013. 469 с.
68
российский иол орииоой экологии
6. Завгородняя Ю.А., Степанова А.А., Трофимов С.Я., Фарходов Ю.Р., Первакова В.Н., Соколова Т.А., Аптикаев Р.С. Влияние внесения глинистых минералов, минеральных удобрений и мелиоранта на разложение органических пол-лютантов в нефтезагрязненном песке в условиях модельного опыта // Вестник Московского университета. Сер. 17. Почвоведение. 2017. №1. С. 39-46.
7. Зайнулгабидинов Э.Р., Игнатьев Ю.А., Петров А.М., Хабибуллин Р.Э. Влияние длительной инкубации на состав нормальных углеводородов при разных уровнях начального содержания нефти в почве // Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, №10. С. 56-60.
8. Зайнулгабидинов Э.Р., Игнатьев Ю.А., Петров А.М., Хабибуллин Р.Э. Изменение состава нормальных углеводородов нефти в зависимости от влажности и физико-химических характеристик серых лесных почв // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20, №15. С. 127-130.
9. Игнатьев Ю.А., Зайнулгабидинов Э.Р., Петров А.М. Изменение углеводородного состава нефтезагрязнен-ной дерново-подзолистой почвы в стандартизированных условиях инкубации // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17, №15. С. 256-260.
10. Игнатьев Ю.А., Зайнулгабидинов Э.Р., Петров А.М. Применение метода прокаливания для определения аллохтонных углеводородов нефти в почвах // Российский журнал прикладной экологии. 2018. №3. С. 34-37.
11. Лакин Г.Ф. Биометрия М.: Высшая школа, 1990. 352 с.
12. Лозовой Д.В., Балаян А.Э., Саксонов М.Н., Стом Д.И. Экспресс метод обнаружения нефтепродуктов в водной среде // Аналитика и контроль. 2006. Т. 10, №2. С. 137-143.
13. ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3:3.64-10. Методика измерения массовой доли нефтепродуктов в пробах почв, грунтов, донных отложений, илов, осадков сточных вод, отходов производства и потребления гравиметрическим методом.
14. ПНД Ф 16.1:2.2.22-98. Методика выполнений измерений массовой доли нефтепродуктов в минеральных, органогенных, органо-минеральных почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии.
15. ПНДФ 16.1:2.21-98. Количественный химический анализ почв и отходов. Методика измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв и грунтов флуориметриче-ским методом на анализаторе жидкости «Флюорат-02».
16. Темердашев З.А., Павленко Л.Ф., Корпакова И.Г., Ермакова Я.С., Экилик В.С. О некоторых методических аспектах оценки нефтяного загрязнения водных объектов с учетом деградации нефтепродуктов во времени // Аналитика и контроль. 2016. Т. 20, №3. С. 225-235.
17. Федорова М.А., Усова С.В., Вершинин В.И. Точность ИК-спектрометрических оценок суммарного содержания углеводородов в их модельных смесях при различных способах измерения обобщенного аналитического сигнала // Аналитика и контроль. 2014. Т. 18, №1. С. 91-98.
18. Abbasian F., Lockington R., Mallavarapu M., Naidu R. A comprehensive review of aliphatic hydrocarbon biodegradation by bacteria // Applied biochemistry and biotechnology. 2015. V 176. P. 670-699. doi: 10.1007/s12010-015-1603-5.
19. Boyle J.F. A comparison of two methods for estimating the organic matter content of sediments // Journal of paleolimnology. 2004. V. 31. P. 125-127. doi: 10.1023/B:J0PL.0000013354.67645.df.
20. Konen M.E., Jacobs P.M., Burras C.L., Talaga B.J., Mason J.A. Equation for predicting soil organic carbon using loss-on-ignition for north central US soils // Soil science society of America journal. 2002. V. 66. P. 1878-1881. doi: 10.2136/ sssaj2002.1878.
21. Rojo F. Degradation of alkanes by bacteria. Minireview
// Environmental microbiology. 2009. V. 11. P. 2477-2490. doi: 10.1111/j.1462-2920.2009.01948.x.
22. Heiri O., Lotter A.F., Lemcke G. Loss on ignition as a method for estimating organic and carbonate content in sediments: reproducibility and comparability of results // Journal of paleolimnology. 2001. V. 25. P. 101-110. doi:10.1023/A:1008119611481.
23. Touch N., Hibino, Takata H., Yamaji S. Loss on ignition - based indices for evaluating organic matter characteristics of littoral sediments // Pedosphere. 2017. V. 27. P. 978-984. doi:10.1016/S1002-0160(17)60487-9.
24. Wang Z., Fingas M. Study ofthe effects of weathering on the chemical composition of light crude oil using GC/MS GS/FID // Journal of microcolumn separation. 1995. V. 7. P. 617-639. doi:10.1002/mcs.1220070609.
25. Wang Q.R., Li Y.C., Wang Y. Optimizing the weight loss-on-ignition methodology to quantify organic and carbonate carbon of sediments from diverse sources // Environmental monitoring and assessment. 2011. V. 174. P. 241-257. doi:10.1007/s10661-010-1454-z.
26. Wang X., Wang J., Zhang J. Comparison of three method for organic and inorganic carbon in calcareous soils of northwestern China // PLoS One. 2012. V. 7, No 8. P. 1-6. doi:10.1371/journal.pone.0044334.
27. Weliky K., Suess E., Ungerer C.A., Muller P. J., Fischer K. Problems with accurate carbon measurement in marine sediments and particulate matter in seawater: a new approach // Limnology and oceanography. 1983. V. 28. P. 1252-1259. doi: 10.4319/lo.1983.28.6.1252.
References
1. Arinushkina E.V. Rukovodstvo po khimicheskomu analizu pochv [Guidelines for the chemical analysis of soils]. M.: MSU, 1970. 487 p.
2. Vershinin A.A., Petrov A.M., Zainulgabidinov E.R., Karimullin L.K. Neftyanoe zagryaznenie i soderzhanie mikrob-noi biomassy v razlichnykh tipakh pochv [Oil Pollution and Mi-crobial Biomass in Different Types of Soils] // Vestnik Orenburg-skogo gosuniversiteta [Bulletin of the Orenburg state university]. 2018. No 3. P. 114-119. doi: 10.25198/1814-6457-215-114.
3. Gerelmaa T. Issledovanie protsessov biodegradatsii vyazkikh neftei Mongolii dlya sozdaniya metodov uvelicheniya nefteotdachi i rekul'tivatsii neftezagryaznennykh pochv [Investigation of the processes of biodegradation of viscous oils in Mongolia for the creation of methods for increasing oil recovery and reclamation of oil-contaminated soils]: Summary or PhD (Cand. of Chem.) Tomsk, 2010. 26 p.
4. Drugov Ju.S., Rodin A.A. Ekologicheskie analizy pri razlivah nefti i nefteproduktov. Prakticheskoe rukovodstvo [Environmental analysis for oil and oil product spills. A practical guide]. SPb.: Anatolia, 2000. 250 p.
5. Drugov Ju.S., Rodin A.A. Analiz zagrjaznennoj poch-vy i opasnyh othodov [Analysis of contaminated soil and hazardous waste]. SPb.: Binom, 2013. 469 p.
6. Zavgarodnjaja Ju.A., Stepanova A.A., Trofimov S.Ja., Farhodov Ju.R., Pervakova V.N., Sokolova T.A., Aptikaev R.S. Vliyanie vneseniya glinistykh mineralov, mineral'nykh udo-brenii i melioranta na razlozhenie organicheskikh pollyutantov v neftezagryaznennom peske v usloviyakh model'nogo opyta [Effect of combined application of clays, mineral fertilizers and liming on the decomposition of oil products in acid oil-polluted sand (a model experiment)] // Vestnik Moskovskogo universiteta, Ser. 17. Pochvovedenie [Bulletin of the Moscow state university, ser. 17. Pedology]. 2017. № 1. P. 39-46.
7. Zainulgabidinov E.R., Ignat'ev Yu.A., Petrov A.M., Khabibullin R.E. Vliyanie dlitel'noi inkubatsii na sostav nor-
mal'nykh uglevodorodov pri raznykh urovnyakh nachal'nogo soderzhaniya nefti v pochve [Effect of long-term incubation on the composition of normal hydrocarbons at different levels of the initial oil content in the soil] // Vestnik tekhnologicheskogo uni-versiteta [Bulletin of the Technological university]. 2016. Vol. 19, No 10. P. 56-60.
8. Zainulgabidinov E.R., Ignat'ev Yu.A., Petrov A.M., Khabibullin R.E. Izmenenie sostava normal'nykh uglevodorodov nefti v zavisimosti ot vlazhnosti i fiziko-khimicheskikh kharakteristik serykh lesnykh pochv [The changes of the composition of normal hydrocarbons of oil, depending on humidity and physico-chemical characteristics of gray forest soils] // Vestnik tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological university]. 2017. Vol. 20, No 15. P. 127-130.
9. Ignat'ev Yu.A., Zainulgabidinov E.R., Petrov A.M. Izmenenie uglevodorodnogo sostava neftezagryaznennoi der-novo-podzolistoi pochvy v standartizirovannykh usloviyakh inkubatsii [changes of the hydrocarbon composition of oil-contaminated soddy-podzolic soil under standardized incubation conditions] // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universi-teta [Bulletin of the Kazan Technological university]. 2014. Vol. 17, No 15. P. 256-260.
10. Ignat'ev Yu.A., Zainulgabidinov E.R., Petrov A.M. Primenenie metoda prokalivaniya dlya opredeleniya allokh-tonnykh uglevodorodov nefti v pochvakh [Application of the loss-on-ignition method for determining the content of al-lochthonous hydrocarbons of oil in soils] // Rossiiskii zhurnal prikladnoi ekologii [Russian journal of applied ecology]. 2018. No 3. P. 34-37.
11. Lakin G.F. Biometriya [Biometrics]. M.: Vysshaya shkola, 1990. 352 p.
12. Lozovoi D.V., Balayan A.E., Saksonov M.N., Stom D.I. Ekspress metod obnaruzheniya nefteproduktov v vodnoi srede [Express method of determination of oil products in an aqueous medium] // Analitika i kontrol' [Analytics and control]. 2006. Vol. 10, No 2. P. 137-143.
13. PND F 16.1:2:2.2:2.3:3.64-10. Metodika izmereniya massovoi doli nefteproduktov v probakh pochv, gruntov, donny-kh otlozhenii, ilov, osadkov stochnykh vod, otkhodov proizvod-stva i potrebleniya gravimetricheskim metodom [Methods for measuring the mass fraction of petroleum products in samples of soils, grounds, bottom sediments, silts, sewage sludge, production, and consumption waste by the gravimetric method].
14. PND F 16.1:2.2.22-98. Metodika vypolneniya izmerenij massovoj doli nefteproduktov v mineral'nyh, organ-ogennyh, organo-mineral'nyh pochvah i donnyh otlozheniyah metodom IK-spektrometrii [The technique for measuring the mass fraction of petroleum products in mineral, organogenic, organomineral soils and bottom sediments by IR spectrometry].
15. PND F 16.1:2.21-98. Kolichestvennyi khimicheskii analiz pochv i otkhodov. Metodika izmerenii massovoi doli nefteproduktov v probakh pochv i gruntov fluorimetricheskim metodom na analizatore zhidkosti «Flyuorat-02» [Quantitative chemical analysis of soil and waste. Methods for measuring the mass fraction of petroleum products in soil and soil samples by the fluorimetric method on a fluid analyzer «Fluorat-02»].
16. Temerdashev Z.A., Pavlenko L.F., Korpakova I.G., Ermakova Ya.S., Ekilik V.S. O nekotorykh metodicheskikh as-pektakh otsenki neftyanogo zagryazneniya vodnykh ob"ektov s uchetom degradatsii nefteproduktov vo vremeni [Some methodological aspects of oil pollution evaluation of water bodies based on the degradation of petroleum products over time] // Analitika i kontrol' [Analytics and control]. 2016. Vol. 20, No 3. P. 225-235. doi: 10.15826/analitika.2016.20.3.006.
17. Fedorova M.A., Usova S.V., Vershinin V.I. Tochnost' IK-spektrometricheskikh otsenok summarnogo soderzhaniya uglevodorodov v ikh model'nykh smesyakh pri razlichnykh sposo-
bakh izmereniya obobshchennogo analiticheskogo signala [The accuracy of IR-spectometric estimations for total hydrocarbon concentration of model mixtures with different methods to measure the generalized analytical signal] // Analitika i kontrol' [Analytics and control]. 2014. Vol. 18, No 1. P. 91-98.
18. Abbasian F., Lockington R., Mallavarapu M., Naidu R. Comprehensive review of aliphatic hydrocarbon biodegradation by bacteria // Applied biochemistry and biotechnology. 2015. Vol. 176. P. 670-699. doi: 10.1007/s12010-015-1603-5.
19. Boyle J.F. A comparison of two methods for estimating the organic matter content of sediments // Journal of paleolimnology. 2004. Vol. 31. P. 125-127. doi: 10.1023/B:J0PL.0000013354.67645.df.
20. Konen M.E., Jacobs P.M., Burras C.L., Talaga B.J., Mason J.A. Equation for predicting soil organic carbon using loss-on-ignition for north central US soils // Soil science society of America journal. 2002. Vol. 66. P. 1878-1881. doi: 10.2136/ sssaj2002.1878.
21. Heiri O., Lotter A.F., Lemcke G. Loss on ignition as a method for estimating organic and carbonate content in sediments: reproducibility and comparability of results // Journal of paleolimnology. 2001. Vol. 25. P. 101-110. doi: 10.1023/A:1008119611481.
22. Rojo F. Degradation of alkanes by bacteria. Minireview // Environmental microbiology. 2009. Vol. 11. P. 2477-2490. doi: 10.1111/j.1462-2920.2009.01948.x.
23. Touch N., Hibino, Takata H., Yamaji S. Loss on ignition - based indices for evaluating organic matter characteristics of littoral sediments // Pedosphere. 2017. Vol. 27. P. 978-984. doi:10.1016/S1002-0160(17)60487-9.
24. Wang Z., Fingas M. Study ofthe effects of weathering on the chemical composition of light crude oil using GC/MS GS/FID // Journal of microcolumn separation. 1995. Vol. 7. P. 617-639. doi: 10.1002/mcs.1220070609.
25. Wang Q.R., Li Y.C, Wang Y. Optimizing the weight loss-on-ignition methodology to quantify organic and carbonate carbon of sediments from diverse sources // Environmental monitoring and assessment. 2011. Vol. 174. P. 241-257. doi: 10.1007/s10661-010-1454-z.
26. Wang X., Wang J., Zhang J. Comparison of three method for organic and inorganic carbon in calcareous soils of northwestern China // PLoS One. 2012. Vol. 7, No 8. P. 1-6. doi:10.1371/journal.pone.0044334.
27. Weliky K., Suess E., Ungerer C.A., Muller P. J., Fischer K. problems with accurate carbon measurement in marine sediments and particulate matter in seawater: a new approach // Limnology and oceanography. 1983. Vol. 28. P. 1252-1259. doi: 10.4319/lo.1983.28.6.1252. '
Zaynulgabidinov E.R., Ignatiev Yu.A., Petrov A.M. Optimizing of the lost-on-ignition method for determining the residual content of organic oil compounds in contaminated soils.
The method of mass loss on ignition is one of the simple and perspective approaches for determining the quantitative content of oil hydrocarbons in contaminated soils. A significant condition for obtaining correct values is the complete combustion of organic compounds of oil and oil products contained in the soil. The object of the study was oil-contaminated gray forest soils conditionally reclaimed in a laboratory. The initial oil content was 5%, 8.5%, 10% and
70
российский журннл ориклний экологии
15%. The temperature and time of ignition are the main parameters of the method under consideration. The search for the optimal temperature was carried out by sequential ignition for 4 hours from 200 to 600 °C. For oil-contaminated soil samples the optimal temperature range is from 550 °C to 600 °C, and the ignition time is from 2 to 4 hours.
Keywords: oil pollution; method of weight loss on ignition; gray forest soils; recultivation.
Информация об авторах
Зайнулгабидинов Эрик Ренатович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Игнатьев Юрий Алексеевич, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Петров Андрей Михайлович, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: [email protected].
Information about the authors
Erik R. Zainulgabidinov, Ph.D. in Biology, Senior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: [email protected].
Yurij A. Ignatiev, Ph.D. in Chemistry, Senior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: [email protected].
Andrej M. Petrov, Ph.D. in Biology, Head of Laboratory, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Russia, Kazan, 420087, E-mail:[email protected].
