Особенности нефтезагрязнения природных геосистем Западной Сибири
Особенности нефтезагрязнения природных геосистем
Западной Сибири
Б.А.Бачурин, Л.М.Авербух, Т.А.Одинцова
Значительные масштабы органических соединений,
поступающих в окружающую природную среду при освоении нефтегазовых ресурсов,
приводят к тому, что данный вид загрязнения становится приоритетным для многих
районов нефтедобычи. Это характерно и для Западно-Сибирского региона, где
вследствие малой минерализации попутно добываемых вод засоление природных
геосистем носит незначительные масштабы и основную роль в техногенных потоках
рассеяния загрязняющих веществ играют органические поллютанты. Наряду с
аварийными ситуациями (выбросы из скважин, порывы нефтепроводов, разгерметизация
резервуаров и т.п.), обуславливающих, как правило, значительные масштабы
нефтезагрязнения окружающей среды, утечки органических поллютантов за пределы
промплощадок происходят и при "нормальной" эксплуатации
нефтепромысловых объектов.
Основными особенностями природных геосистем Западной
Сибири, определяющими условия поступления, распространения и трансформации
нефтяных загрязнений в районах нефтедобычи являются:
- преимущественно песчаный состав почво-грунтов,
характеризующихся низкими сорбционными способностями и благоприятными условиями
для проникновения поллютантов в гидросферу;
- значительная заболоченность территории и наличие
многочисленных полузамкнутых водоемов, характеризующихся низкими скоростями
водообмена;
- широкое развитие мощных торфяных отложений, играющих
роль своеобразного геохимического барьера в распространении техногенных потоков
рассеяния поллютантов и являющихся источником поступления в гидросферу широкого
спектра природных органических соединений.
Для выяснения особенностей органического загрязнения
природных геосистем в условиях Западной Сибири в 1997 году на ряде
месторождений Сургутского района были выполнены следующие виды исследований:
· оценка современного уровня органического загрязнения
природных геосистем (почв, вод, донных отложений) в районах нефтепромысловых
объектов с различным сроком эксплуатации;
· оценка возможных масштабов поступления в водную
среду органических поллютантов на основе лабораторного моделирования систем
"нефть - вода", "порода - вода".
В настоящее время при оценке уровня органического
загрязнения природных геосистем обычно используются 3-4 интегральных
показателя: нефтепродукты (НП) или углеводородный индекс; фенолы или фенольный
индекс; легкая ароматика (бензол, толуол, ксилолы); полициклическая ароматика
(прежде всего, 3,4-бензпирен). Наиболее широко используется контроль за
содержанием нефтепродуктов, под которыми понимается сумма неполярных и
малополярных соединений, экстрагируемых гексаном или петролейным эфиром [2,3].
Не останавливаясь подробно на недостатках методик, используемых для определения
данных соединений, отметим лишь, что практически ни одна из них не позволяет
разделить органические соединения по их происхождению - природные
(присутствующих до загрязнения) или техногенные (привнесенные нефтяным
потоком).
Вторым недостатком используемых методических подходов
при оценке природы органического загрязнения является подмена понятием
"нефтепродукты" всего комплекса ОВ, поступающих в природные воды в
результате нефтяного загрязнения. Углеводородные соединения являются наименее
стойкими в аэробных условиях компонентами нефтяного загрязнения. Разрушение
данных структур при фазово-миграционных преобразованиях и биохимической
деградации нефти сопровождается накоплением полярных смолисто-асфальтеновых
фракций, которые в понятие НП не входят. Вместе с тем, по некоторым данным
[4,5] эти соединения обладают большей токсичностью, чем сами нефти.
В связи с вышеизложенным, при оценке уровня
органического загрязнения природных геосистем, наряду с контролем за
концентрацией нефтепродуктов, производилось определение содержания битумоидов,
извлекаемых хлороформом (ХБА), и исследование их состава методами инфракрасной
спектроскопии (ИКС), тонкослойной (ТСХ) и газожидкостной (ГЖХ) хроматографии.
Параллельно проводилось определение полициклической ароматики (3,4-бензпирен),
а в водах и водных вытяжках - летучих фенолов. Общая схема анализа приведена на
рис.1.
Рис.1. Схема анализа органических соединений
(Примечание: схема заменена на более поздний вариант).
Как показало исследование проб воды, отобранных из
поверхностных водоемов в районе нефтепромысловых объектов, они характеризуются
относительно невысокими концентрациями аквабитумоидов (0.73-5.55 мг/л) и
нефтепродуктов (0.03-0.5 мг/л). Повышенное содержание аквабитумоидов (>2.0
мг/л) зафиксировано в 20% исследованных проб, превышение ПДК по нефтепродуктам
(0.3 мг/л) - в 16%.
По данным ГЖХ в составе метано-нафтеновой фракции,
содержание которой в аквабитумоидах колеблется в пределах 65-78%, преобладают
высокомолекулярные н-алканы С24-25 (53-60%) при подчиненной роли УВ С16-20
(14-30%) (рис.2). Максимальное содержание низкомолекулярных н-алканов
фиксируется в пробах, несущих признаки органического загрязнения (ХБА - 2.7-5.5
мг/л, НП - 0.44-0.5 мг/л).
Рис.2. Распределение н-алканов в МНФ аквабитумоидов:
№ 59 - фоновая проба (ХБА - 0.91 мг/л, НП - 0.15
мг/л);
№ 97 - загрязненная проба (ХБА - 4.93 мг/л, НП - 0.44
мг/л).
Природа высоких концентраций фенолов (0.08-0.20 мг/л),
зафиксированных во всех исследованных пробах, требует дополнительного
выяснения. Не исключено, что это может быть связано с недостатками принятых
методик идентификации фенольных соединений и отражает присутствие других органических
веществ природного происхождения, близких к ним по физико-химическим свойствам.
Анализ почво-грунтов и донных отложений показал, что
при отсутствии визуальных признаков нефтезагрязнения наиболее высокое
содержание органических соединений характерно для проб, представленных
торфяными отложениями (среднее содержание ХБА - 16.2 г/кг, максимальное - 51.4
г/кг), что связано как с их высокой сорбционной способностью, так и с
присутствием сингенетичной органики.
Песчаные отложения характеризуются более низким
уровнем содержания битумоидов (в среднем 1.43 г/кг). Битумоиды почво-грунтов,
особенно торфяники, характеризуются значительной окисленностью: содержание
смолисто-асфальтеновой фракции колеблется в пределах 52-90%, а доля
нефтепродуктов в составе ХБА не превышает 10-14%. По данным ГЖХ в составе
битумоидов отмечается преобладание высокомолекулярных н-алканов С24-34 - 55-93%
(в отдельных пробах торфа на углеводороды С30, С32 приходится до 69% н-алканов)
(рис.3).
Рис.3. Распределение н-алканов в МНФ битумоидов,
выделенных из торфа.
Подобный состав битумоидов обусловлен, по всей
вероятности, интенсивной микробиологической трансформацией органических
соединений, в том числе и нефтяного типа, в поверхностных условиях, приводящей
к их биодеградации - окислению низкомолекулярных соединений и появлению серии
высших углеводородов [1]. С этими же процессами связано, по видимому,
повышенное содержание в почво-грунтах полициклической ароматики: превышение ПДК
по 3,4-бензпирену (20 мкг/кг) отмечено в 37% исследованных проб..
Несколько иной характер структуры н-алканов отмечается
в случае аномально высокого нефтезагрязнения почв (ХБА - 160-250 г/кг, НП -
95-205 г/кг), фиксируемого даже визуально: отмечается повышенное содержание
низкомолекулярных н-алканов С13-20 - 33-50% (основной максимум приходится на
С18); влияние процессов биодеградации носит более слабый характер - появление
подчиненных максимумов в области С24-28, в отдельных пробах появляются
углеводороды С32-36 (рис.4).
Рис.4. Распределение н-алканов в МНФ битумоидов,
выделенных из нефтенасыщенных песчаных грунтов.
Очаги органического загрязнения почв и поверхностных
вод имеют локальный характер и фиксируются лишь на участках, непосредственно
примыкающих к площадкам нефтепромысловых объектов.
Результаты моделирования взаимодействия нефтей
(различной степени окисленности) с водой (дистиллят) показали, что
кратковременный контакт (1 час) приводит к переходу в водную фазу битуминозных веществ
(ХБА - 2.2 -15.7 мг/л), в составе которых нефтепродукты занимают, как правило,
подчиненную роль - 25-34% (0.8-4.7 мг/л) (табл.1). По данной ТСХ в составе
битумоидов водной вытяжки отмечается более низкое, по сравнению с нефтями,
содержание метано-нафтеновой (на 3-35%) и нафтено-аромати-ческой (на 5-12%)
фракций и возрастание содержания смолисто-асфальтено-вых веществ (до 34-60%).
Повышение содержания кислород- и гетеросодержащих веществ фиксируется и по
данным ИК-спектроскопии.
Контакт с нефтями приводит к сверхнормативному
загрязнению вод полициклической ароматикой (содержание 3,4-бензпирена в водных
вытяжках - 0.006-0.02 мкг/л) и фенолами (0.03-0.04 мг/л). Увеличение времени
контакта (1 месяц) приводит к снижению уровня органического загрязнения вод:
содержание аквабитумоидов - 1.7-7.3 мг/л, нефтепродуктов - 0.07-0.85 мг/л
(4-19% от ХБА).
Таблица 1
Результаты анализов водных вытяжек из нефтей на
содержание органических соединений
Похожие работы на - Особенности нефтезагрязнения природных геосистем Западной Сибири
|