Научная статья на тему 'Скорость распада нефтепродуктов в воде и почве'

Скорость распада нефтепродуктов в воде и почве Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
1036
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Гигиена и санитария
Scopus
ВАК
CAS
RSCI
PubMed
Область наук
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Скорость распада нефтепродуктов в воде и почве»

Отсюда возникает задача немедленного укрепления всей сети наших санитарно-эпидемиологических станций, чтобы сделать их действительна центрами руководства и оперативной деятельности в области санитарно-противоэпидемической работы и научной работы, направленной прежде всего на разрешение гигиенических и эпидемиологических проблем, ка~ сающихся своего района, области, края и т. д.

Объединение в руках главного санитарного врача руководства санитарной и противоэпидемической работой соответствует давним стремлениям наших гигиенистов и эпидемиологов, зафиксированным, в частности, в решениях XII Всесоюзного съезда эпидемиологов, микробиологов, гигиенистов и инфекционистов в 1947 г. Это объединение руководства должно сильно продвинуть вперед общую работу по дальнейшему улучшению санитарного и эпидемиологического состояния нашей страны. Широкие гигиенические и санитарные мероприятия, положенные у нас в. основу профилактики заболеваний вообще, при настойчивом их проведении должны неизбежно привести в кратчайшие сроки к полной ликвидации в нашей стране основных инфекционных заболеваний.

Таким образом, постановление правительства о Всесоюзной государственной санитарной инспекции и органах санитарно-противоэпидемиче-ской службы, подводя итог последовательно проводившимся в течение ряда лет мероприятиям по усовершенствованию системы здравоохранения в области гигиенической и санитарно-противоэпидемической работы, открывает перед работниками советского здравоохранения новые перспективы и новые возможности для успешной деятельности по дальнейшему улучшению санитарно-гигиенического и эпидемиологического состояния нашей страны.

Дело чести всех советских гигиенистов — госсанинспекторов, санитарных врачей и эпидемиологов — полностью использовать все эти возможности на благо нашего славного народа.

-йг -й- *

А. И. Изъюрова

Скорость распада нефтепродуктов в воде и почве

Из Института общей и коммунальной гигиены АМН СССР

Нефтепродукты, попадая в водоем, образуют на поверхности воды пленку той или иной толщины, в зависимости от количества их и площади водоема. Эта пленка нефти подвергается испарению, причем улетучиваются более легкие фракции, обладающие сильным запахом, удельный же вес остающейся части увеличивается. Пленка нефти, перемещаясь по водоему, смешивается со взвешенными веществами, подвергается частично окислению, становится все более тяжелой и постепенно опускается на дно водоема.

Однако с исчезновением нефтяной пленки с поверхности воды не прекращается загрязнение ее нефтью. Опускаясь на дно, нефть продолжает свое воздействие на воду.

Специальные наблюдения по улавливанию нефтепродуктов, опускающихся на дно, были проведены летом 1945 г. на Химкинском водохранилище. Проводились они у нефтебаржи, которая снабжает горючим и смазочным маслом теплоходы и пароходы, курсирующие по каналу имени Москвы. Вокруг этой баржи почти всегда плавает нефтяная пленка. Наблюдения, проводившиеся в августе, показали, что в течение 2 недель на дно на глубину 5 м опускалось от 229 до 429 г нефтепродуктов на 1 м2 площади. Нефтепродукты эти извлекались вместе с донными осадками, из которых они выделялись серным эфиром.

2 Ги.иена и санитария, >6 '

В лабораторных опытах при бактериальном разложении нефтепродуктов, находящихся на поверхности воды, также было установлено, что значительная часть их, не успев еще подвергнуться окислению, вместе с бактериальным детритом увлекается на дно сосуда. Так, из дозы в 10 г на дно выпадало: мазута — 3,7 г и машинного масла — 5,37 г, т. е. в среднем около 40%.

В полевых опытах из дозы нефти в 250 г, вносимых поверхностно, осенью на дне пруда улавливалось 75,3 г, или 30,1%.

Нефтепродукты, попадая на дно водоема, где присутствует большое количество самых разнообразных бактерий, подвергаются бактериальному разложению и окислению. Однако скорость распада их будет зависеть от степени обеспечения бактериального процесса в придонных условиях кислородом, биогенными веществами и наличия соответствующей температуры.

Для выяснения этого вопроса нами предварительно были проведены опыты в лабораторных условиях, чтобы установить ход процесса.

Схема опыта была следующей: 1) контроль — песок + почва + вода; 2) то же, что в первом сосуде, + машинное масло; 3) то же, что во втором сосуде, + азот, фосфор и калий (№К).

Песок для опытов брался прибрежный, его несколько раз промывали водой и высушивали до воздушно-сухого состояния. Бактериально заражающим веществом служила почва, тоже прибрежная, где много лет подряд наблюдались нефтяные загрязнения. Из нефтепродуктов было взято машинное масло, с которым и прежде проводились работы по бактериальному разложению нефтепродуктов.

Песка на каждый сосуд бралось 500 г, почвы — 30 г, машинного масла — 2,5 г. Все это тщательно перемешивали, затем смесь пересыпали в стеклянные банки высотой 25 см и диаметром 12 см. Слой песка в сосуде составлял около 2—2,5 см. Затем в эти банки осторожно, при помешивании, наливали воду в количестве 2,25 л. Машинное масло на поверхность воды при этом не поднималось вследствие большой силы сцепления между песком и нефтепродуктами (при соотношениях, превышающих 100 : 1).

Питательную смесь прибавляли в виде растворов азотно- и фосфорнокислого калия в количествах: азота—100 г и фосфора—20 мг на сосуд. Общий уровень воды и песка в сосуде отмечался на стенке его чертой карандаша, чтобы при испарении воды можно было восстановить первоначальный объем. Опыт проводился в условиях комнатной температуры, которая колебалась в пределах от 15° до 22°. Продолжительность опыта 16 месяцев. За время опыта анализ производился 6 раз, при этом три сосуда выбывали из опыта.

Переходя к разбору полученных результатов, остановимся в первую очередь на скорости окисления машинного масла во времени (табл. 1).

Таблица 1. Количество углеводородных масел на дне сосуда (в г)

Окислено

Сосуд 13.У1 Ю.УН 13.УШ 13.1 30.111 8. VI 13.1Х

в г в

Песок + машинное масло . . 2,50 2,124 2,004 — 1,943 1,526 1,078 1,42 57

То же + НРК . . 2,50 2,064 1,923 — 1,870 1,456 0,996 1,50 60

Приведенные данные показывают, что распад углеводородных масел в этих опытах происходит очень медленно — за 16 месяцев окислилось всего 1,5 г, что составляет 60% от заданной дозы. При этом распад нефтепродуктов происходил в основном в летний период, а зимой, начиная с августа и по март, т. е. в продолжение полугода, окислилось всего 0,05 г.

Скорость окисления масел в сосудах (без внесения питательных веществ и с внесением их) оказалась почти одинаковой. Данные эти показывают, что 'при этой скорости окисления и без добавления азотистых веществ извне (фосфор и калий в достаточном количестве имелись в песке) бактерии сами успевали обеспечить потребность в этих веществах, очевидно, за счет фиксации азота из воздуха.

Столь медленный процесс окисления углеводородных масел, находящихся под водой — на дне сосуда, был для нас совершенно неожиданным, так как при внесении их на поверхность воды скорость распада была значительно выше.

При поверхностном внесении за 6 месяцев опыта, из которых только около 2 месяцев масла находились на поверхности воды, а потом, утяжеленные бактериальными телами, постепенно опускались на дно, окислялось: машинного масла 4,7 г, а мазута 6,3 г из 10 г, внесенных в начале опыта.

Сопоставление скоростей распада машинного масла при поверхностном внесении и придонном показывает большую разницу в пользу первого способа, превышающего скорость распада при втором способе почти в 11 раз, а если взять годовые сроки, то и в 20 раз, так как в зимний период скорость распада сильно снижалась.

Бактериологические анализы, проведенные бактериологом Л. Е. Корш, показывают, что особой разницы в количестве бактерий в разных сосудах нет. В первое время опыта несколько большее число бактерий наблюдалось в сосуде с машинным маслом, а в конце опыта — в сосуде с внесением питательных веществ. Максимальное число бактерий наблюдалось через 2 месяца от начала опыта.

Определение числа бактерий в конце опыта в придонном песке, вернее в суспензии, при отношении песка к воде, как 1 : 5, показало, что число их здесь значительно больше, чем в воде. Превышение для разных сосудов было от 1 000 до 10 000 раз. Анализы показали слабое влияние придонного процесса разложения нефтяных масел на свойства воды. Так, запах воды в сосудах с внесением нефтяных масел был не сильный. Первое время вода имела запах машинного масла силой в 1 балл. Дальше он заменился гнилостно-нефтяным и затхлым, а под конец опыта — ароматическим.

Запах самого придонного песка, к которому примешивались нефтяные масла, был значительно сильнее. В начале опыта он был нефтяной, затем заменился рыбным силой в 3 балла, далее становился гнилостно-нефтяным и в конце опыта — ароматическим.

Данные по изменению содержания кислорода и БПКв воды полностью подтверждают сказанное о скорости окисления нефтепродуктов, внесенных придонно. В продолжение всего опыта насыщение кислородом в сосудах с внесением нефтяных масел держится на уровне 58—77%, в то время как в контроле оно колеблется в пределах 79—90%, т. е. дефицит кислорода по сравнению с контролем составляет всего от 5 до 25%'. Дефицит же кислорода между двумя сосудами с нефтяными маслами, как с внесением питательных веществ, так и без них, составляет всего от 4 до 10%.

То же самое наблюдается по данным БПКэ- В продолжение всего опыта этот показатель был на низком уровне—2 мг/л и мало отличался от контроля. Только в начале опыта БПКв в сосуде с машинным

маслом -f NPK была выше и доходила до 4,3 мг/л, но затем снизилась и немногим превышала данные сосуда с одним машинным маслом.

Активная реакция воды в продолжение опыта претерпевала изменения, но разница между сосудами была незначительной. В начале опыта в сосудах с нефтяными маслами она была ниже, чем в контрольном, ■а под конец — несколько выше.

Окисляемость воды в контрольной банке во времени изменялась незначительно. В сосудах же с внесением нефтепродуктов окисляемость воды в продолжение опыта повышалась и под конец была вдвое и даже втрое выше, чем в контрольном.

То же самое наблюдалось и в цветности воды. В начале опыта цветность воды в контроле держалась на уровне 32°, дальше она имела тенденцию к снижению, но к концу опыта вновь повысилась почти до исходной величины, очевидно, за счет добавления воды из водохранилища, имеющей в летний ¡период большую цветность.

Цветность воды в сосуде с машинным маслом медленно, но постепенно увеличивалась, превысив исходную к концу опыта на 14°, Цветность же в сосуде с машинным маслом и NPK возрастала значительно сильнее и превысила исходную уже на 44°.

Увеличение цветности и окисляемости воды в последних двух сосудах вызвано растворением машинного масла в воде. Определение в воде растворенного машинного масла показало, что через 13 месяцев от начала опыта количества эти составляли для сосуда с одним машинным маслом 56 мг/л, а для сосуда с добавлением питательных веществ — 61 мг/л. К концу опыта количества эти увеличились — в первом случае до 72 мг/л, во втором до 86 мг/л. Наибольшие изменения наблюдались в летний период, зимой они значительно меньше.

Сравнение данных по изменению состава воды при бактериальном окислении нефтяных масел, вносимых на поверхность воды и на дно, показывает огромную разницу.

При поверхностном внесении машинного масла из того же расчета, что и в описанном выше опыте, т. е. 1 г на 1 л воды, и последующем бактериальном окислении, его влияние на физико-химические свойства воды сказывалось гораздо сильнее, чем при придонном.

Так, насыщение кислородом через 3 недели от начала опыта падало до 2% и на таком уровне держалось в течение целого месяца; затем оно постепенно повышалось и через месяц доходило до 65%, после чего вновь .падало до нуля и на таком уровне оставалось в течение Н/г месяцев. Только на шестой месяц опыта содержание кислорода начинало повышаться и к концу этого месяца достигало 44%.

БПКб воды в начале опыта быстро поднималась, через 1'/г месяца достигла своего максимума — 40 мг/л, после чего плавно опускалась и к 6 месяцам доходила до исходной величины — 0,7 мг/л.

Окисляемость воды достигала максимально 68,8 мг/л, а к концу опыта снижалась до 30,7 мг/л, но все же по сравнению с исходной цифрой — 2,06 мг/л — снижение было небольшое. Цветность воды достигала 140° и к концу опыта снижалась до 118°. Содержание растворенного машинного масла в воде в конце опыта равнялось 56 мг/л. Нефтяной запах воды в середине опыта заменялся ароматическим, а в конце ■его вода почти не имела запаха.

Приведенные данные показывают, как бурно и быстро проходит процесс бактериального окисления нефтяных масел, находящихся на поверхности воды, и насколько сильно ухудшается при этом качество воды, в которой происходит названный процесс, и как ослабевает он, когда нефтепродукты находятся на дне.

Таким образом, опыты по бактериальному окислению нефтепродуктов, находящихся на дне, показали, что скорость окисления их очень незначительна— за 16 месяцев окислилось всего 1,5 г, в то время как на по-

верхности за 6 месяцев окислилось 4,71 г. Влияние этого процесса на-физико-химические показатели воды при придонном нахождении нефтепродуктов также оказалось значительно слабее, чем при поверхностном.

Кроме того, данные этого опыта показали, что при указанной скорости окисления нефтепродуктов процесс этот в присутствии достаточного количества фосфора и калия может проходить и без внесения азотного питания, очевидно, за счет азота воздуха.

Одновременно с описанным опытом с целью определения скорости бактериального окисления нефтепродуктов в почвенных условиях проводился второй опыт.

Ставился этот опыт по той же схеме, с теми же материалами — песка бралось 700 г, машинного масла — 7 г (из расчета 1% к весу песка) и 30 г почвы — для бактериального заражения. Опыт проводился в полулитровых стеклянных банках. Закладка песчаной смеси в банку производилась так, как принято в вегетационных опытах сельскохозяйственных культур. Добавление воды в сосуды производилось по мере ее испарения из расчета 60% от полной влагоемкости песка. Питательные вещества, полагающиеся по схеме опыта, добавлялись в количествах — азота 100 мг и фосфора — 20 мг на сосуд. Продолжительность и условия опыта были те же, что и в первом опыте.

Окисление углеводородных масел в этих условиях происходило быстрее, чем под водой,— за 16 месяцев опыта окислилось: без прибавления питательных веществ 3,22 г, или 46%, с прибавлением питательных веществ — 4,39 г, или 63%. Следовательно, скорость окисления масел в первом сосуде оказалась в два раза большей, чем под водой, а во втором — в три раза. Разница между двумя сосудами — с введениями питательных веществ и без таковых, оказалась довольно значительной, но не настолько большой, как в воде при поверхностном внесении.

Бактериальные анализы в этом опыте производились в суспензии — при отношении песка к воде, как 1 : 5. Полученные данные показывают, что в контрольном сосуде число бактерий довольно низко и колеблется в продолжение опыта в пределах от 13 000 до 47 000 в 1 мл. В двух других сосудах с машинным масЛом число бактерий приблизительно в 10 раз выше, чем в контрольном, но большой разницы между двумя сосудами — с внесением и без внесения питательных веществ — не наблюдалось.

Для определения максимальной скорости окисления нефтепродуктов был поставлен еще один опыт с огородной почвой с достаточным количеством и питательного материала, и бактерий (сумма растворимых форм азота в ней равнялась 81,4 мг, а фосфора — 15 мг на сосуд).

Воздушно-сухой почвы для опыта бралось 525 г, к ней прибавляли: в первый сосуд машинное масло, а во второй — нефть в количестве 6 г (опыты проводились в полулитровых стеклянных банках). Продолжительность опыта 10 месяцев.

Опыт показал, что скорость окисления машинного масла на двух сравниваемых субстратах—почва и песок—почти одинакова, за исключением, начала опыта, когда в почве разложение масла шло несколько быстрее, что объясняется большим содержанием числа бактерий в этом субстрате.

Имея данные по бактериальному окислению нефтепродуктов на разных субстратах — в почве, в песке и в воде—в последнем случае на поверхности и на дне, интересно провести сравнение скоростей окисления их и тем самым подойти к вопросу, какие же условия наиболее благоприятны для бактериального окисления нефтепродуктов. Сравнение можно провести только по машинному маслу, так как работа проводилась главным образом с этим веществом, но, очевидно, скорость окисления и других нефтепродуктов на указанных субстратах будет изменяться в соответственных этому веществу соотношениях (табл. 2).

Таблица 2. Количество разложившегося машинного масла на разных

суэстрьтах (в г)

Субстрат 13. VI 25. VII 23. VIII 13.1 3 .111 8.УН 13.1Х

Вода—поверхность . . 0 4,71 — — — —.

Вода—дно...... 0 0,44 • 0,58 — 0 63 1,01 1.50

Песок......... 0 0,79 2,43 — 2,73 4.27 4,39

Почва........ 0 1,53 2,36 — 2,85 — —

Примечание. Далные окисления машинного масла приводятся для сосудов с влеселием питательных веществ.

Приведенные данные показывают, что наиболее быстро окисление нефтяных масел происходит в воде, когда они находятся на ее поверхности; почти одинаковая, но вдвое меньшая скорость окисления наблюдается в почве и в песке, и самая малая скорость, когда масла находятся на дне — под водой.

Скорость распада масел в этих условиях подтверждается числом бактерий, развивающихся при процессах окисления. Наиболее интенсивно развиваются бактерии при окислении нефтяных масел на поверхности воды. Число бактерий здесь быстро увеличивается и через 30 дней от начала опыта доходит до 3 500 ООО, а к 40 дням — до 3 890 000 в 1 мл; затем количество их довольно быстро падает и к 6 месяцам снижается до 800 в 1 мл.

В почве максимальное число бактерий наблюдалось через 40 дней; число их к этому времени доходило до 1 400 000. В песке максимальное число бактерий — 990 000, судя по уменьшению количества машинного масла, оказалось через 70 дней. Далее число бактерий на обоих субстратах к зиме снизилось и весной повысилось вновь.

Наиболее медленно развиваются бактерии при разложении нефтепродуктов на дне водоема. В этих условиях максимальное число их — 556 420 — наблюдалось через 70 дней от начала опыта.

Приведенные данные показывают, что скорость развития бактерий и максимум количества их на разных субстратах в присутствии нефтепродуктов неодинаковы; наиболее быстро и сильно развиваются они на поверхности воды, затем в почве и песке и медленнее всего — под водой, на дне водоема.

Выводы

1. Нефтепродукты, попавшие в водоем, подвергаясь различным изменениям — испарению, бактериальному окислению,— становятся более тяжелыми и постепенно опускаются с поверхности воды на дно водоема. Количество осевшей на дно нефти в лабораторных условиях составляло около 40%, а в полевых — около 30%.

2. Бактериальное окисление нефтепродуктов, находящихся на дне, происходит очень медленно по сравнению с процессом окисления их на поверхности по крайней мере в 10 раз.

3. Влияние происходящего на дне процесса разложения нефтепродуктов на физико-химические показатели воды значительно слабее, чем происходящего на ее поверхности.

4. Скорость бактериального разложения нефтепродуктов в почве и песке почти одинакова, причем процесс этот идет вдвое медленнее по сравнению с происходящим на поверхности воды.

5. При замедленных скоростях окисления нефтепродуктов, например, на дне, в присутствии достаточного количества фосфора и калия, добавочное внесение азота не давало ускорения процесса. В этих условиях бактерии успевали обеспечить потребность в данном элементе, возможно, за счет азота воздуха.

-А- -¿г Я

В. И. Федынский

Полезащитные лесонасаждения и радиационные

температуры

Из Института общей и коммунальной гигиены Академии медицинских наук СССР

Одной из задач, поставленных перед экспедицией Института общей и коммуна чьной гигиены Академии медицинских наук СССР, направленной в Сальские степи в связи с постановлением Совета министров СССР и ЦК ВКП(б) «О плане полезащитных насаждений...», было: а) выяснить характер радиационных температур и эффективность затенения древесно-кустарниковой растительностью на полезащитных лесных полосах и в колхозных садах производственного значения; б) изучить возможное влияние в различные часы дня лесных полос на общую характеристику тепловой и лучистой радиации на межполосных участках, приближенных к лесонасаждениям, по сравнению с радиацией в открытом поле на значительном расстоянии от лесных полос.

Наблюдения производились на территории колхоза имени Сталина Сальского района Ростовской области в начале июня 1949 г. по методике, разработанной в Институте обшей и коммунальной гигиены в 1947 г., с использованием шаровых термометров. Прочая аппаратура была обычная, применяемая в метеорологической практике для определения температуры и влажности воздуха, температуры почвы, направления и скорости движения воздуха. Всего проведено 41 наблюдение.

Для решения поставленной задачи в колхозе имени Сталина было выбрано несколько точек наблюдения. В качестве основного объекта, влияющего на микроклимат и, в частности, на радиационные условия местности, была использована полезащитная полоса, расположенная на расстоянии 1 км от смежных и имеющая направление с севера на юг. Полоса эта предназначена в основном для защиты полевых угодий от преобладающих сильных восточных ветров. Избранная для наблюдений полезащитная полоса состоит из 13-рядной посадки древесных и кустарниковых пород, в основном ясеня, акации, абрикосового дерева, гледичии, желтой акации, дикой маслины. Деревья в возрасте 15—18 лет, с достаточно развитыми кронами, дающими хорошее затенение. Почва покрыта редким травянистым покровом. Ширина полосы около 15,5 м.

Рядом с полосой, с восточной стороны, расположено поле, на котором в период наблюдений выколосившиеся злаки были высотой около 0,5 м. На этом же межполосном пространстве, на расстоянии 500 м от описанных лесонасаждений, в текущем году заложена новая полоса с молодыми саженцами шириной 10,5 м. К западу от избранной полосы находится участок с молодыми фруктовыми деревьями в возрасте 5 лет, посаженными на расстоянии 5—6 м друг от друга и в настоящее время дающими небольшое местное затенение. К северу от полезащитной полосы за двухрядовой поперечной полосой, засаженной тополями и гледичией, находится яблоневый сад с деревьями в возрасте 12—15 лет, с достаточно сильно развитыми кронами.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.