CC BY
226
УДК 574.6:543.9
Д.В. Лозовой, А.В. Дагуров, Д.С. Потапов, Д.И. Стой
ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ СМЕСЕЙ НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ДЛЯ ДАФНИЙ
НИИ биологии при Иркутском государственном университете (Иркутск)
Исследована токсичность некоторых поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов и их смесей для. дафний. Показано, что токсическое воздействие смесей для. тест-объектов было значительно выше, чем токсичность отдельно взятых нефтепродуктов или. ПАВ.
Ключевые слова: нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, дафнии
ESTIMATION OF TOXICITY OF MIXTURES OF NON-IONGENIC SURFACE-ACTIVE SUBSTANCES AND OIL PRODUCTS FOR DAPHNIA
D.V. Lozovoy, A.V. Dagurov, D.S. Potapov, D.I. Stom
Toxicity of some surface-active substances, oil products and their mixtures for Daphnia has been studied. It was shown that toxic effect on test-object was significantly higher than toxicity of particular oil products or surface-active substances.
Key words: oil-products, surface-active substances, daphnia______________________________________
Проблема ликвидации нефтяного загрязнения с поверхности водных объектов в настоящее время приобретает важное экономическое и экологическое значение в связи с участившимися аварийными ситуациями, особенно в районах добычи углеводородного сырья. В комплексе мероприятий, осуществление которых необходимо для устранения или хотя бы незначительного уменьшения нефтяного загрязнения, можно выделить два основных: предупреждение сброса нефти и нефтепродуктов в воду и ликвидация имеющихся нефтяных разливов. Как ни парадоксально, но нефтяное загрязнение привело к целенаправленному введению в водную среду других химических веществ, которые применяются для борьбы с нефтяными разливами [2].
Наибольшую опасность для экосистем гидросферы, мореплавания, береговых зон, влаго-, газо- и теплообмена между водоемом и атмосферой представляет нефтяное загрязнение в виде пленки. Естественное разрушение нефтяной пленки протекает медленно. Для интенсификации этого процесса используют химические диспергирующие средства (ДС), в состав которых входят синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), без которых невозможен перевод пленки в менее вредную для водоема устойчивую прямую эмульсию, способную рассеиваться в поверхностном слое водоема. Эмульгирование нефтей в воде существенно изменяет их свойства. Резкое увеличение площади поверхностей раздела нефть-вода в этих системах должны одновременно облегчать природные процессы химической и биологической деструкции нефти.
Между тем, наряду с классификацией входящих в состав диспергентов химических препаратов по физико-химическим свойствам биологов интересует их токсикологическая оценка.
Цель настоящей работы — оценить токсическое действие смесей поверхностно-активных веществ и нефтепродуктов для дафний. Выбор данных ПАВ обусловлен тем, что эти поверхностноактивные вещества относятся к одним из основных компонентов загрязнения природных вод, так и тем, что они часто входят в состав диспергирующих средств [1, 8, 9, 11, 12].
МЕТОДИКА
Опыты проводили на культуре ветвистоусых рачков Daphnia magna (Straus). Содержание, культивирование и процедуру биотестирования в лабораторных условиях осуществляли согласно [4].
В экспериментах использовали нефть Марковского месторождения и следующие нефтепродукты: авиационный бензин Б-95/130, дизельное топливо (летний сорт), топочный мазут М-100. Из поверхностно-активных веществ брали Tween-20, Tween-21, Tween-40, Tween-60, Tween-65, Tween-80 и Triton X-100.
Эмульсии нефти и нефтепродуктов, а также их смеси с поверхностно-активными веществами готовили в соответствии с [5, 14]. В экспериментах определяли концентрации вызывающие 50%-ную гибель рачков и минимальные недействующие концентрации в острых опытах (24 часа). Для получения точного значения концентраций использовали графический метод определения [3]. Полученные концентрации использовали для приготовления смесей ПАВ и нефтепродуктов. Все результаты обработаны статистически [13], при вероятности безошибочного прогноза Р > 0,95.
РЕЗУЛЬТАТЫ
В процессе работы были установлены нетоксичные для дафний концентрации поверхностноактивных веществ и их концентрации вызывающие 50% гибель тест-организмов при суточной экспозиции.
Как видно из таблицы 1, токсический эффект поверхностно-активных веществ возрастал в ряду Tween-20 - Tween-80. Гибель 50 % дафний наблюдали при концентрациях (4,8 ± 0,9) х 10-1 мл/л Tween-60, (6,2 ± 1,3) х 10-1 мл/л Tween-65 и (7,5 ± 1,6) х 10-1 мл/л Tween-80. Triton X-100 также характеризовался высокой токсичностью для тест-объектов, гибель 50 % рачков фиксировали при концентрации (7,3 ± 1,4) х 10-1 мл/л.
Дафнии жили более суток при концентрациях (3,6 ± 0,5) х 10-3 мл/л Triton X-100. Нетоксичными концентрациями исследуемых Tween при суточной экспозиции являлись 3,4 ± 0,7 мл/л для Tween-20, 1,3 ± 0,2 мл/л для Tween-21, (5,8 ± 1,3) х 10-1 мл/л для Tween-40, (7,4 ± 1,5) х 10-2 мл/л для Tween-60, (2,9 ± 0,4) х 10-2 мл/л для Tween-65 и (5,3 ±1,2) х 10-2мл/л (табл. 2).
Также нами были установлены нетоксичные для дафний концентрации нефти и нефтепродуктов и концентрации данных соединений вызывающие 50 % гибель тест-организмов при суточной экспозиции (табл. 1-2). Более токсичны для зоопланктона оказались высокомолекулярные фракции нефти (дизельное топливо и мазут), менее токсичны низкомолекулярные фракции (авиабензин) . Так, гибель 50 % дафний наблюдали при концентрации (2,5 ± 0,4) х 10-1 мл/л топочного мазута, 1,3 ±0,2 мл/л дизельного топлива и 5,5 ± 0,9 мл/л авиабензина. Нефть характеризовалась достаточно высокой токсичностью для ветвистоусых рачков, гибель 50 % тест-объектов фиксировали в концентрации (8,6 ± 1,8) х 10-1 мл/л. Минимальными недействующими концентрациями являлись (6,1 ±1,4) х 10-3мл/л мазута, (3,7 ± 0,5) х 10-2 мл/л дизельного топлива, (5,3 ±1,1) х 10-1 мл/л авиабензина и (1,8 ± 0,3) х 10-3 мл/л нефти.
В таблицах 1-2 представлены данные о влиянии смесей поверхностно-активных веществ и нефтепродуктов на выживаемость дафний при суточной экспозиции. При наличии в смесях ПАВ и нефтепродуктов в концентрациях вызы-
Таблица 1
Влияние смесей ПАВ и нефтепродуктов на выживаемость дафний при 24-х часовой экспозиции
(количество погибших дафний в %)
Поверхностно- активные вещества Концентрации, мл/л Мазут Дизельное топливо Авиабензин Нефть
Концентрации, мл/л
(2,5 і 0,4) х 10-1 1,3 і 0,2 5,5 і 0,9 (8,6 і 1,8) х 10-1
Triton X-100 (7,Э і 1,4) х 10-1 100 100 100 100
Tween-20 7,B і 1,5 7Э,6 і 11,7 6B^ і 9,5 64,2 і B,1 7B^ і 14,6
Tween-21 5,1 і 0,B 61,4 і 9,Э 100 77,Э і 12,B 100
Tween-40 2,4 і 0,Э 100 B2,4 і 10,6 B7,5 і 12,Э 61,5 і 11,4
Tween-60 (4,B і 0,9) х 10-1 B5,2 і 1Э,5 71,6 і 11,Э B2,9 і 15,7 100
Tween-65 (6,2 і 1,Э) х 10-1 100 B4,1 і 14,Э 67,5 і 9,4 72,6 і 1Э,1
Tween-80 (7,5 і 1,6) х 10-1 100 75,2 і 1Э,7 64,B і 12,5 B5^ і 12,6
Примечание: ПАВ и нефтепродукты указаны в концентрациях вызывающих гибель 50 % тест-объектов при 24-х часовой экспозиции.
Таблица 2
Влияние смесей ПАВ и нефтепродуктов на выживаемость дафний при 24-х часовой экспозиции
(количество погибших дафний в %)
Поверхностно- активные вещества Концентрации, мл/л Мазут Дизельное топливо Авиабензин Нефть
Концентрации, мл/л
(6,1 і 1,4) х 10-3 (3,7 і 0,5) х 10-2 (5,3 і 1,1) х 10-1 (1,8 і 0,3) х 10-3
Triton X-100 (3,6 ± 0,5) x 10-3 100 100 74,1 і 1Э,5 51,Э і 11,9
Tween-20 3,4 ± 0,7 Э4,1 і 5,7 45,B і 9,Э 66,1 і 1Э^ Э7,Э і 6,4
Tween-21 1,3 ± 0,2 57,Э і 10,2 7Э,5 і 1Э^ 5B,2 і 10,Э Э1,4 і 5,B
Tween-40 (5,8 ± 1,3) x 10-1 100 6Э,6 і 11,2 B4,5 і 1Э,7 4Э,B і 7,2
Tween-60 (7,4 ± 1,5) x 10-2 Э2,9 і 5,6 42,5 і 7,Э 79,Э і 11,B 64,6 і 12,4
Tween-65 (2,9 ± 0,4) x 10-2 51,6 і 11,4 75,1 і 12,5 55,1 і 10,6 Э4^ і 6,1
Tween-80 (5,3 ± 1,2) x 10-2 46,2 і 7,Э 5Э^ і 11,4 57,Э і 9,5 47,2 і B^
Примечание: ПАВ и нефтепродукты указаны в концентрациях нетоксичных для тест-объектов при 24-х часовой экспозиции.
вающих 50 % гибель объектов (табл. 1), токсичность проб для рачков была значительно выше, чем токсичность отдельно взятых нефтепродуктов или ПАВ. Подобный эффект наблюдали и при содержании в смесях нефтепродуктов и поверхностно-активных веществ в концентрациях не оказывающих видимого токсического воздействия на тест-объекты при 24-х часовой экспозиции (табл. 2). В обоих вариантах опытов смеси Triton X-100 с нефтепродуктами были более токсичны для дафний, чем смеси нефтепродуктов с другими ПАВ.
Имеющиеся в литературе данные о влиянии смесей нефтепродуктов с поверхностно-активными веществами на гидробионтов носят неоднозначный характер [6, 7, 10]. Так, нефть в сочетании с эмульгатором может оказывать равное, большее или меньшее влияние в зависимости от направленности действия эмульгатора при контакте нефти с организмом. Присутствие нефти увеличивает токсичность ПАВ применительно к одному виду организмов, но при идентичных ус-
ловиях снижает токсичность того же эмульгатора по отношению к другому виду. Эмульгаторы часто бывают более токсичны, чем сама нефть, однако нефть, без значительного увеличения ее собственной токсичности, может уменьшить токсическое влияние находящегося в ней эмульгатора. Добавление нефти к различным эмульгаторам значительно увеличивает токсичность одних, снижает токсичность других и вдвое снижает токсичность третьих.
Полученные лабораторные данные позволяют говорить о том, что при выборе дисперген-тов на основе исследуемых поверхностно-активных веществ целесообразна тщательная проверка их токсичности и экологической безопасности. Рекомендуемые соотношения большинства диспергирующих средств по отношению к нефти составляют от 1/5 до 1/100 (одна часть препарата на 5—100 частей нефти). Однако в реальных условиях рабочие концентрации ДС значительно выше и зависят от конкретных условий, в которых произошел разлив. В этой связи, важ-
нейшей характеристикой любого диспергирующего средства должна являться степень его токсичности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Очевидно, что применение диспергирующих средств дает реальную возможность переводить опасную для водоемов и водных организмов пленочную форму нефтяного загрязнения в устойчивую высокодисперсную эмульсию с большой площадью поверхности раздела нефть-вода, на которой и происходит биохимическое окисление и разложение нефти. Между тем, не стоит забывать и о том, что диспергенты сами могут быть источником дополнительного загрязнения воды, с поверхности которой удаляют нефть и нефтепродукты, и оказать токсическое действие на гидробионтов.
Все существующие диспергирующие средства, независимо от многообразия их состава, предназначены для единой цели — эффективной и быстрой ликвидации нефтяного разлива, при этом отрицательное влияние на флору и фауну водоема должно быть минимальным.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 05-04-97237).
ЛИТЕРАТУРА
1. ГурвичЛ.М. Многофункциональные композиции ПАВ в технологических операциях нефтедобычи / Л.М. Гурвич, Н.М. Шерстнев. — М.: ВНИИОЭНГ, 1994. - 264 с.
2. Долгоносов Б.М. Проблемы обеспечения качества воды в природно-технологическом комплексе водоснабжения / Б.М. Долгоносов // Инженерная экология. — 2003. — № 5. — С. 2— 14.
3. Жмур Н.С. Государственный и производственный контроль токсичности вод методами биотестирования в России / Н.С. Жмур. — М.: Международный Дом Сотрудничества, 1997. — 117 с.
4. Методика определения токсичности воды по смертности и изменению плодовитости дафний
// ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.5-2000. — М.: «АКВАРОС», 2001. — 35 с.
5. Миронов О.Г. Результаты изучения токсичности и биоразлагаемости некоторых дисперген-тов в морской воде / О.Г. Миронов, А.А. Лебедь, Г.Н. Семанов, И.А. Мурашев // Экспериментальная водная токсикология. — 1985. — № 10. — С. 122— 129.
6. Миронов О.Г. Взаимодействие морских организмов с нефтяными углеводородами / О.Г. Миронов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — 128 с.
7. Миронов О.Г. Биологические проблемы нефтяного загрязнения морей / О.Г. Миронов // Гид-робиол. журн. — 2000. — Т. 36, № 1. — С. 82 — 97.
8. Мочалова О.С. Роль диспергирующих средств в процессах трансформации и окисления нефти в водной среде / О.С. Мочалова, Н.М. Антонова, Л.М. Гурвич // Водные ресурсы. — 2002.
— Т. 29, №2. — С. 221—225.
9. Мочалова О.С. Нефтяные аварийные разливы и роль диспергирующих средств в их ликвидации / О.С. Мочалова, Л.М. Гурвич, Н.М. Антонова // НефтеГазоПромысловый инжиниринг. — 2004. — № 1. — С. 20 — 23.
10. Нельсон-Смит А. Нефть и экология моря / А. Нельсон-Смит. — М.: Прогресс, 1977. — 302 с.
11. Нестерова М.Н. Физико-химические предпосылки использования диспергирующих средств в борьбе с нефтяными разливами / М.Н. Нестерова, О.С. Мочалова, Н.М. Антонова // Океанология.
— 1985. — Т. 25, № 1. — С. 93 — 99.
12. Остроумов С.А. Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы / С.А. Остроумов. — М.: МАКС-Пресс, 2001. — 334 с.
13. Плохинский Н.А. Биометрия / Н.А. Пло-хинский. — М.: Высшая школа, 1970. — 273 с.
14. Руднева И.И. Ответные реакции молоди черноморской кефали на загрязнение мазутом / И.И. Руднева, Т.Л. Чесалина, Н.С. Кузьминова // Экология. — 2000. — № 4. — С. 304 — 306.
