Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

КАЧЕСТВЕННАЯ И КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В ПОЧВЕ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Сазонова О.В. 1 Сучков В.В. 1 Рязанова Т.К. 1 Судакова Т.В. 1 Торопова Н.М. 1 Тупикова Д.С. 1 Сергеев А.К. 1
1 ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России
Предприятия нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности оказывают значительное влияние на состояние окружающей среды. Одним из способов оценки влияния является санитарно-гигиеническая оценка сред, способных к аккумуляции вредных веществ, к которым можно отнести почвенный покров. В связи с этим целью исследования являлось изучение закономерностей распространения в почве санитарно-защитной зоны нефтеперерабатывающего предприятия специфических загрязнителей (углеводородов). Пробы почвы отбирали в течение 2014–2016 гг. В общей сложности было отобрано 66 проб. Образцы почвы анализировали на содержание нефтепродуктов в соответствии с МУК 4.1.1956-05, бенз(а)пирена в соответствии с ISO 18287:2006. В течение 2014–2016 гг. среднегодовое содержание нефтепродуктов в почве СЗЗ Новокуйбышевского нефтеперерабатывающего завода увеличивалось, и их концентрация в почве уменьшалась с увеличением расстояния от источника загрязнения. Максимальные концентрации нефтепродуктов регистрировали в восточном направлении (в 2014 г. – 43,8 Ф, в 2015 г. – 95,0 Ф, в 2016 г. – 116,1 Ф). Содержание бенз(а)пирена в 2015 г. и в первой половине 2016 г. во всех образцах было выше ПДК, во второй половине оно составляло 0,9-1,0 ПДК, максимальные концентрации также наблюдали в восточном направлении от источника загрязнения.
нефтеперерабатывающий завод
санитарно-защитная зона
почва
нефтепродукты
бенз(а)пирен
1. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем: учебник / под ред. д-ра хим. наук, проф. М.Ю. Доломатова, д-ра техн. наук, проф. Э.Г. Теляшева /А.А. Абросимов. – М.: Химия, 2002. – 608 с.
2. Mudu P., Terracini B., Martuzzi M. et al. Human Health in Areas with Industrial Contamination. – Copenhagen: WHO Regional Office for Europe, 2014. – 380 р.
3. Сергеев А.К. Многосредовая оценка воздействия вредных факторов на здоровье населения крупного промышленного города /А.К. Сергеев // Аспирантский вестник Поволжья. – 2016. – № 1-2. – С. 263-265.
4. Toxicological profile for total petroleum hydrocarbons / U.S. Department of health and human services. Public Health Service. Agency for Toxic Substances and Disease Registry, 1999. – 315 p.
5. Benzo[a]pyren. Monograph. IARC Working Group. Available at: https://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol100F/mono100F-14.pdf Accessed July 02, 2017.
6. Зевайкина А.Н. Правовое регулирование формирования нефтехимического кластера в Самарской области /А.Н. Зевайкина //Вестник СамГУ. – 2012. – Т. 98, № 7. – С. 117-124.
7. Васяйчева В.А., Сахабиев В.А., Сахабиева Г.А. Об одном применении математических методов в экономике /В.А. Васяйчева, В.А. Сахабиев, Г.А. Сахабиева // Основы экономики, управления и права. – 2014. – Т. 14, № 2. – С. 96-99.
8. Мухаматдинова А.Р., Сафаров А.М., Магасумова А.Т., Хатмулина Р.М. Оценка влияния предприятий нефтехимического комплекса на объекты окружающей среды / А.Р. Мухаматдинова [и др.] // Георесурсы. – 2012. – Т. 50, № 8. – С. 46-50.

Нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия являются крупнейшими источниками загрязнения воздушного, водного бассейнов и почв. По результатам различных исследований на долю предприятий по переработке нефти приходится около половины всех выбросов вредных веществ в атмосферу, 27 % сброса загрязненных сточных вод, свыше 30 % твердых отходов и до 70 % общего объема парниковых газов [1]. Основные загрязняющие вещества, связанные с деятельностью предприятий нефтепереработки, представлены углеводородами, оксидами серы, углерода и азота, а также продуктами неполного сгорания компонентов нефти: сажей, полициклическими ароматическими углеводородами и прочими химическими веществами [2].

Поступающие в огромном количестве в окружающую среду загрязняющие вещества оказывают неблагоприятное влияние на здоровье населения [2, 3]. Известно, что длительное воздействие химико-токсических веществ, образующихся при добыче и переработке нефтепродуктов, может привести к развитию нарушений со стороны нервной системы, гепатобилиарной, сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной, кроветворной, эндокринной, репродуктивной систем, а также поражению кожных покровов [4]. Один из представителей полициклических ароматических углеводородов, бенз(а)пирен, является канцерогенным веществом первого класса опасности, относящимся к группе 2A (канцерогенные агенты для человека с весьма высокой степенью доказательности) по классификации Международного агентства по изучению рака (МАИР) [5].

Одной из развитых индустриальных областей Российской Федерации и Приволжского федерального округа в частности является Самарская область, где нефтехимическое производство вносит значительный вклад в промышленное развитие субъекта. Нефтехимический комплекс области насчитывает свыше 60 крупных и средних предприятий, сконцентрированных в нескольких городских округах: Тольятти, Самара, Новокуйбышевск и Сызрань. Основная доля организаций-лидеров сосредоточена в Новокуйбышевске и Тольятти [6]. На территории Новокуйбышевска расположены четыре крупных предприятия, дающих до 90 % валового объема продукции города, из них доля Новокуйбышевского нефтеперерабатывающего завода (НК НПЗ) составляет около 70 % [7].

Одним из способов оценки загрязненности атмосферы и гидросферы является исследование аккумулирующих вредные вещества сред, к которым можно отнести почвенный покров. Поступая из почв в пищевые цепи растительных и животных сообществ, нефтепродукты и другие вещества, связанные с деятельностью нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, в конечном счете, могут привести к резкому возрастанию заболеваний местного населения [8].

В связи с этим целью работы является качественная и количественная оценка специфических загрязнителей (углеводородов) в почве санитарно-защитной зоны нефтеперерабатывающего предприятия на примере нефтеперерабатывающего завода городского округа Новокуйбышевск Самарской области.

Объекты и методы исследования

Исследования проводились в течение 2014-2016 гг. Пробы почвы отбирали в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического и гельминтологического анализа» на территории санитарно-защитной зоны НК НПЗ два раза в год (апрель-май и октябрь-ноябрь). Образцы отбирали в 11 точках на расстоянии 200, 400, 600 м от источника загрязнения и на границе санитарно-защитной зоны (1000 м от источника загрязнения) в северо-восточном, восточном, юго-восточном и южном направлении в соответствии с преобладающими на этой территории ветрами, а также близостью к населенному пункту. Отбор проб почвы в северо-западной части санитарно-защитной зоны не проводился, так как ближайший населенный пункт (пос. Маяк) расположен от северо-западной границы санитарно-защитной зоны НК НПЗ на расстоянии 6,3 км.

Объединенную пробу с одной площадки массой не менее 1,0 кг рассыпали на бумаге, разминали пестиком крупные комки и выбирали включения (корни растений, камни, насекомых и др.). Почву растирали в ступке пестиком и просеивали через сито с диаметром 1 мм. В общей сложности было отобрано и подготовлено к анализу 66 проб. Подготовленные образцы почвы анализировали на содержание нефтепродуктов в соответствии с МУК 4.1.1956-05 с использованием анализатора содержания нефтепродуктов АН-2, бенз(а)пирена в соответствии с ISO 18287:2006 с помощью газового хроматографа «МАЭСТРО 7820» с масс-спектрометром модели Agilent 5975 и автоинжектором. Исследования проводили на метрологически поверенных приборах. Достоверность полученных результатов обеспечивали применением аттестованных методик в процессе аналитических исследований, должной статистической обработкой и метрологической оценкой полученных результатов.

Для качественной оценки нефтепродуктов проводили хромато-масс-спектрометрический анализ. Пробоподготовку осуществляли в соответствии с МУК 4.1.1956-05, извлечение, полученное после очистки фильтрованием через слой алюминия оксида, анализировали с помощью газового хроматографа с масс-спектрометрическим детектором. Для идентификации компонентов определяли линейные индексы удерживания, сопоставляли полученные результаты и полные масс-спектры с библиотечными (библиотеки масс-спектров «NIST 2.0») и литературными данными. Рассматривались только компоненты, определяемые по библиотеке с вероятностью более 90 %. Количественный анализ проводили по площадям соответствующих пиков на хроматограмме, построенной по полному ионному току. Статистическую обработку выполняли с помощью Microsoft Excel 2013.

Результаты и их обсуждение

Содержание нефтепродуктов во всех пробах превышало региональное фоновое значение (50 мг/кг) (табл. 1). Среднее превышение в течение трех лет составило 28 Ф (1418 мг/кг). Следует отметить значительное увеличение содержания нефтепродуктов в почве во втором полугодии 2015 г. – первом полугодии 2016 г. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, характерно ли это для штатного режима работы предприятия или обусловлено какими-либо иными факторами. В 2016 г. содержание нефтепродуктов в одной пробе превышало 5000 мг/кг, что соответствует 5 уровню загрязнения (очень высокий). В среднем наблюдалась тенденция к увеличению содержания нефтепродуктов в почве (среднее содержание в исследуемых пробах 882,6 мг/кг в 2014 г., 1511,3 мг/кг в 2015 г. и 1863,8 мг/кг в 2016 г.).

Содержание бенз(а)пирена в 2015 г. и в первой половине 2016 г. во всех образцах было выше ПДК, во второй половине оно составляло 0,9-1,0 ПДК (ПДК 0,02 мг/кг (ГН 2.1.7.2041-06)) (табл. 2). Отмечается тенденция к снижению содержания бенз(а)пирена в почве ССЗ в рассматриваемом периоде.

Таблица 1

Содержание нефтепродуктов в почве ССЗ НК НПЗ в мг/кг сухой почвы в 2014–2016 гг.

Проба почвы (№ и расположение относительно источника загрязнения)

2014 г.,

1-е

полугод.

2014 г.,

2-е полугод.

2015 г.,

1-е полугод.

2015 г.,

2-е полугод.

2016 г.,

1-е полугод.

2016 г.,

2-е полугод.

1

200 м к востоку

138,0

1913,6

2850,0

1897,2

3037,8

714,0

2

600 м к востоку

2190,0

274,4

1172,5

4752,0

5805,6

1110,0

3

1000 м к востоку

363,0

235,2

190,0

183,6

4963,2

4062,2

4

600 м к юго-востоку

1630,0

1794,0

1025,0

2250,0

3884,2

326,8

5

1000 м к юго-востоку

252,0

1132,0

748,2

1500,0

3213

220,0

6

200 м к югу

469,0

936,0

378,4

2422,5

201,6

207,2

7

400 м к югу

704,0

2007,4,0

572,0

214,2

4752,0

550,8

8

600 м к югу

847,0

1426,8

376,0

110,0

3102,0

343,2

9

1000 м к югу

1608,0

510,0

954,0

4200,0

2152,8

551,0

10

600 м к северо-востоку

260,0

223,1

192,0

3557,4

989,4

240,0

11

1000 м к северо-востоку

252,0

252,3

377,2

3326,4

277,2

299,5

 

Таблица 2

Содержание бенз(а)пирена в почве ССЗ НК НПЗ в мг/кг сухой почвы в 2015–2016 гг.

Проба почвы (№ и расположение относительно источника загрязнения)

2015 г.,

1-е полугод.

2015 г.,

2-е полугод.

2016 г.,

1-е полугод.

2016 г.,

2-е полугод.

1

200 м к востоку

0,050

0,056

0,024

0,014

2

600 м к востоку

0,068

0,077

0,024

0,016

3

1000 м к востоку

0,180

0,197

0,043

0,021

4

600 м к юго-востоку

0,050

0,053

0,024

0,016

5

1000 м к юго-востоку

0,039

0,041

0,021

0,016

6

200 м к югу

0,038

0,041

0,021

0,014

7

400 м к югу

0,027

0,031

0,058

0,037

8

600 м к югу

0,023

0,021

0,033

0,038

9

1000 м к югу

0,027

0,026

0,026

0,017

10

600 м к северо-востоку

0,025

0,027

0,061

0,017

11

1000 м к северо-востоку

0,027

0,029

0,029

0,021

 

При изучении распределения нефтепродуктов и бенз(а)пирена в зависимости от расстояния от источника загрязнения определено, что в течение рассматриваемого периода концентрация нефтепродуктов в почве выше вблизи источника загрязнения, с увеличением расстояния их концентрация снижается, но продолжает оставаться больше регионального фонового значения. На границе санитарно-защитной зоны их содержания составляли в среднем 20,4 Ф (рис. 1А).

Концентрация бенз(а)пирена в почве в течение 2015–2016 гг. была в среднем выше на расстоянии 400–600 м от источника загрязнения, однако различия не были статистически достоверными (рис. 1Б).

А

Б

Рис. 1. Содержание нефтепродуктов (А) и бенз(а)пирена (Б) в почве санитарно-защитной зоны на различных расстояниях от источника загрязнения

При изучении накопления загрязняющих веществ в зависимости от направления отмечено, что максимальные концентрации поллютантов в основном регистрировались в восточном направлении: в течение 2014–2016 г. максимальное содержание нефтепродуктов регистрировали на расстоянии 600 м от НК НПЗ (в 2014 г. – 43,8 Ф, в 2015 г. – 95,0 Ф, в 2016 г. – 116,1 Ф), максимальное содержание бенз(а)пирена в 2015–2016 гг. также было выявлено в восточном направлении на расстоянии 1 км от установки каталитического крекинга (рис. 2). Одним из путей поступления углеводородов в почву является попадание с выбросами в атмосферу и оседание на поверхностном слое почвы. В течение 2015–2016 гг. на территории НК НПЗ преобладал западный ветер (26 %) со средней скоростью 3,4 м/с, с чем и может быть связано преимущественное распространение загрязнителей в восточном направлении (рис. 3). Однако в этом же направлении граница санитарно-защитной зоны расположена в непосредственной близости от г. Новокуйбышевска, в связи с чем возможен вклад других неучтенных источников, в первую очередь, автотранспорта.

А

Б

Рис. 2. Распределение нефтепродуктов (А) и бенз(а)пирена (Б) в зависимости от направления от источника загрязнения.

Рис. 3. Роза ветров на территории НК НПЗ за период 2015–2016 гг.

Компонентный состав образцов, отобранных в одно и то же время, был примерно сопоставим (табл. 3). В таблицах представлены данные о компонентном составе образцов с максимальным содержанием нефтепродуктов в первой половине (600 м в восточном направлении от источника загрязнения) и второй половине 2016 г. (1 км в восточном направлении). Как видно из представленных данных, нефтепродукты в почве санитарно-защитной зоны представляют собой сложную смесь углеводородов. В состав преимущественно входят нормальные и изомерные парафиновые и ненасыщенные углеводороды, легкие ароматические углеводороды (толуол, ксилолы, этилбензолы). Нафтеновые углеводороды в основном представлены диметилциклопентанами, циклогексаном, метилциклогексаном.

В начале 2016 г., когда в отобранных образцах почв обнаруживали максимальные для рассматриваемого трехлетнего периода концентрации нефтепродуктов, в составе нефтепродуктов достаточно высокий удельный вес составляли высокомолекулярные углеводороды, соответствующие керосино-газойлевой фракции нефти (59,5 %), в отличие от второго полугодия, когда их доля составляла около 2,5 %. В первом полугодии в более высоких количествах обнаруживались ароматические углеводороды (толуол, п- и м-ксилолы, диэтилбензолы) – 3,8 % от общего количества по сравнению с 0,5 % во второй половине года.

Нафтеновые углеводороды в первом полугодии 2016 г. составляли 0,78 %, идентифицированы три соединения (1,3-диметилциклопентан, 1,2-диметилциклопентан и метилциклогексан). Во втором полугодии их содержание от общего количества нефтепродуктов составило 32,0 %. Кроме вышеперечисленных нафтенов, обнаруживали циклогексан, этилциклопентан, 1,2-диметилциклогексан, а также бициклический нафтен – 2,3-диметилдекагидронафталин. И в первой, и во второй половине 2016 г. в образцах почв обнаруживали этилбензол, вещество, подозреваемое как канцероген для человека (класс 2В по классификации МАИР), однако в начале года его относительное содержание было больше (табл. 3).

Следует также отметить, что во втором полугодии 2016 г. в составе нефтепродуктов обнаружены кислородсодержащие соединения (гексанон-2, 3,3,6-триметилгептадиен-1,5-он-4, этилбутилгидропероксид, метилпентилгидропероксид, 3-метилциклопентанол, 3-метилциклопентанон, метиловый эфир 9-оксононановой кислоты), что может быть связано с их окислением в результате деятельности углеводородокисляющих микроорганизмов или воздействия иных факторов окружающей среды.

Таблица 3

Компонентный состав проб с максимальным содержанием нефтепродуктов, отобранных в первом и втором полугодиях 2016 г.

№ п/п

Наименование

Содержание от общего количества, %

Класс опасности/класс канцерогенности МАИР и U.S. EPA

1 полугодие

2 полугодие

Алифатические углеводороды

1.

2-метилпентен-1

14,3

15,1

Нет данных

2.

2,2-диметилпентан

-

2,9

Нет данных

3.

2,2,3-триметилпентан

-

9,2

Нет данных

4.

2,4-диметилгексан

-

1,4

Нет данных

5.

3-метилгексан

3,73

8,0

Нет данных

6.

гептан

3,50

-

Нет данных

7.

2,3-диметилгексан

-

0,7

Нет данных

8.

октан

-

1,4

Нет данных

9.

2,2-диметилгептан

-

0,4

Нет данных

10.

гексанон-2

-

0,5

Нет данных

11.

этилбутилгидропероксид

-

0,98

Нет данных

12.

метилпентилгидропероксид;

-

0,82

Нет данных

13.

2,2,6-триметилоктан

-

0,01

Нет данных

14.

3,3,6-триметилгептадиен-1,5-он-4

-

1,87

Нет данных

15.

2,2,7,7-тетраметилоктан

-

0,05

Нет данных

16.

декан

1,61

-

Нет данных

17.

ундекан

0,02

-

Нет данных

18.

додецен-1

0,2

-

Нет данных

19.

додекан

0,04

-

Нет данных

20.

3,7-диметилдекан

-

0,06

Нет данных

21.

тетрадецен-1

1,2

-

Нет данных

22.

тетрадекан

0,02

0,01

Нет данных

23.

2-этилдодецен-1

0,46

 

Нет данных

24.

гексадецен-1

0,98

0,05

Нет данных

25.

гексадекан

0,8

0,01

Нет данных

26.

октадецен-1

0,76

0,07

Нет данных

27.

октадекан

0,75

0,03

Нет данных

28.

нонадецен-1

0,31

-

Нет данных

29.

нонадекан

5,73

-

Нет данных

30.

метиловый эфир пальмитиновой кислоты

1,05

-

Нет данных

31.

метиловый эфир 9-оксононановой кислоты

-

0,02

Нет данных

32.

эйкозен-1

5,32

-

Нет данных

33.

эйкозан

10,89

-

Нет данных

34.

генэйкозан

4,32

-

Нет данных

35.

докозен-1

5,49

-

Нет данных

36.

доказан

12,09

-

Нет данных

37.

трикозан

4,4

-

Нет данных

38.

тетракозан

4,2

-

Нет данных

Алициклические углеводороды

39.

циклогексан

-

13,0

Класс опасности 4

40.

1,3-диметилциклопентан

0,26

5,6

Нет данных

41.

1,2-диметилциклопентан

0,32

5,4

Нет данных

42.

метилциклогексан

0,2

-

Нет данных

43.

этилциклопентан

-

1,0

Нет данных

44.

1,2-диметилциклогексан

-

0,13

Нет данных

45.

3-метилциклопентанол

-

0,28

Нет данных

46.

3-метилциклопентанон

-

0,15

Нет данных

Ароматические углеводороды

47.

толуол

1,15

0,5

Класс опасности 3;

Класс 3 (МАИР); недостаточно информации (ЕРА)

48.

этилбензол

0,05

0,008

Класс опасности 3; Класс 2B (МАИР)

49.

п-ксилол

1,88

0,03

Класс 3 (МАИР); недостаточно информации (ЕРА)

50.

м-ксилол

0,72

-

Класс 3 (МАИР); недостаточно информации (ЕРА)

51.

1,3-диэтилбензол

0,02

-

Нет данных

52.

1,4-диэтилбензол

0,02

-

Нет данных

53.

2,3-диметилдекагидронафталин

-

0,02

Нет данных

54.

пирен

0,05

-

Класс 3 (МАИР); D (EPA)

Гетероциклические соединения

55.

2,5-диметилтетрагидрофуран

0,25

1,9

Нет данных

Иные соединения

56.

Три(2-хлорэтил)фосфат

0,32

-

Класс 3 (МАИР)

 

Из полициклических ароматических углеводородов, кроме бенз(а)пирена (наличие подтверждено сравнением со стандартным образцом), по результатам хромато-масс-спектрометрического анализа (пробоподготовка в соответствии с ISO 18287:2006) предполагается наличие бензо(k)флуорантена (класс 2В (МАИР); класс В2 (ЕРА)), пирена (класс 3 (МАИР); D (EPA)), флуорантена (класс 3 (МАИР); D (EPA)), 1,2-дигидробенз(b)флуорантена.

Выводы

1. В образцах почвы обнаруживался бенз(а)пирен – канцероген первого класса опасности. Содержание бенз(а)пирена в 2015 г. и в первой половине 2016 г. во всех образцах было выше ПДК, во второй половине оно составляло 0,9-1,0 ПДК.

2. В течение 2014–2016 гг. среднегодовое содержание нефтепродуктов в почве СЗЗ НК НПЗ увеличивалось, и их концентрация в почве уменьшалась с увеличением расстояния от источника загрязнения. Максимальные концентрации нефтепродуктов регистрировали в восточном направлении.

3. Отмечены отличия состава нефтепродуктов в первой и второй половине 2016 г. В начале года преобладали высокомолекулярные углеводороды керосино-газойлевой фракции нефти, ароматические углеводороды, в то время как во втором полугодии в значительных количествах обнаружены нафтеновые углеводороды, а также окисленные формы насыщенных и нафтеновых углеводородов.

4. Высокое содержание нефтепродуктов усиливает процессы разрушения почвы и снижает ее санитарно-гигиеническую функцию. В связи с этим необходимо разработать и провести мероприятия по уменьшению содержания фракций нефти в почве: выполнить рекультивацию земель или активировать местный почвенный биоценоз, путем внесения углеводородокисляющей микрофлоры.


Библиографическая ссылка

Сазонова О.В., Сучков В.В., Рязанова Т.К., Судакова Т.В., Торопова Н.М., Тупикова Д.С., Сергеев А.К. КАЧЕСТВЕННАЯ И КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В ПОЧВЕ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 4.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=26633 (дата обращения: 17.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252