Гигиеническая оценка процессов миграции и трансформации нефти в почве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 14.00.07, кандидат биологических наук Карцева, Наталия Юрьевна

• Карцева, Наталия Юрьевна
• кандидат биологических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Карцева, Наталия Юрьевна

Введение

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Нефть в окружающей среде.

1.2. Стабильность, деструкция нефти в почве.

1.3. Методы определения нефти в почве.

Глава 2. Объем, объекты и методы исследования.

2.1. Объем исследований.

2.2. Объекты исследования.

2.2.1. Почва.

2.2.2. Нефть.

2.2.3. Объекты натурных наблюдений.

2.3. Методы исследования.

2.3.1. Методика проведения натурных исследований.

2.3.2. Методы химического анализа.

2.3.3 .Методы экотоксикологических исследований.

Собственные исследования

Глава 3. Аналитические аспекты оценки загрязнения нефтью почв.

3.1. Разработка метода определения нефти в почве.

3.2. Изучение стабильности и трансформации нефти в почве.

3.3. Изучение миграции нефти из почвы в воду.

Глава 4. Оценка влияния нефтяного загрязнения почв на высшие растения.

4.1. Методом экспресс-теста на проращивание семян.

4.2. Методом вегетационных экспериментов.

Глава 5. Исследование почв г. Москвы.

5.1. Исследование физико-химических показателей загрязнения почвы.

5.1.1. Изучение почвы рекреационных зон города.

5.1.2. Изучение почвы селитебных территорий.

5.2. Определение суммарной токсичности почв биотестированием.

5.3. Тестирование на гидробионтах.

5.4. Тестирование на сперматозоидах быка.

5.5. Оценка мутагенной опасности в тесте Эймса.

Обсуждение результатов.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гигиеническая оценка процессов миграции и трансформации нефти в почве»

Актуальность проблемы. К настоящему времени почва большинства промышленных регионов в значительной степени деградировала и нуждается в серьезных оздоровительных мероприятиях (Онищенко Г.Г., 2002).

В последние годы одним из наиболее приоритетных загрязнителей окружающей среды является нефть. Ее повсеместная распространенность и негативное воздействие на почвенно-растительный покров, атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, экологические системы и здоровье населения отмечаются на всех стадиях освоения нефтяных месторождений - от бурения до промышленной переработки, ликвидации оборудования и доставки потребителю. Хищническое использование невосполнимых природных ресурсов и малоэффективная их переработка с образованием огромного количества отходов, загрязняющих атмосферный воздух, воду и почву вызывает стремительное возрастание экологически обусловленных нарушений здоровья населения (Русаков Н.В., Рахманин Ю.А., 2004).

Если еще 10 лет тому назад загрязнение нефтью и нефтепродуктами считалось проблемой импактного загрязнения почв, то в последние годы, в связи со все возрастающими масштабами добычи, переработки и транспортировки нефти и нефтепродуктов, загрязнение окружающей среды нефтяными углеводородами стало острейшей экологической проблемой не только для России, но и всех развитых стран мира (McGill, 1977; Atlas R.M., 1991). Несмотря на острую актуальность проблемы, многие вопросы, связанные с оценкой опасности нефтезагрязненных почв, остаются нерешенными.

В почве возможно превращение нефти в более токсичные соединения, которые могут в ней адсорбироваться и накапливаться (Гончарук Е.И., 1986). Загрязненная почва может стать источником поступления токсикантов в организм человека по трофическим цепям: почва - растения - продукты питания, почва - грунтовые воды - человек, почва - атмосферный воздух -человек, что увеличивает риск возникновения экологически обусловленных заболеваний.

Литературные данные по загрязнению почв нефтью касаются в основном выбросов предприятий и рекультивации почв в районах аварийных разливов нефти (Глазовская М.А., 1977; Солнцева Н.П., Пиковский Ю.И., 1981 и др.). В немногочисленных работах гигиенического плана наиболее полно изучены закономерности циркуляции в окружающей среде, главным образом высоко сернистых (Деканоидзе А.А., 1984) и легких нефтепродуктов (Даукаева Р.Ф., 1985; Сафонникова СМ., 1986).

Информация о гигиенической оценке загрязнения почвы нефтью, закономерностях миграции нефти в окружающей среде и трансформации с оценкой продуктов деградации практически отсутствует. Учитывая, что реакция различных почв на нефть зависит от ряда факторов (осадки, температура, содержание гумуса, гранулометрический состав почв и др.) разработка единых показателей и критериев крайне затруднительна.

Остается весьма актуальной проблема трансформации веществ в окружающей среде. Трудной задачей является прогнозирование поведения органических веществ под действием природных физико-химических факторов в условиях загрязнения окружающей среды, и в частности почвы (Малышева А.Г., 1997, 2004). Нуждаются в разработке методические подходы и методы контроля нефти в почве. Отсутствует информация о гигиенической оценке загрязнения почвы нефтью.

С гигиенических позиций особое беспокойство вызывает растущее загрязнение нефтяными углеводородами почвы населенных пунктов под влиянием антропогенного воздействия. Загрязненная почва населенных мест может стать источником постоянного опосредованного поступления нефтяных углеводородов по многочисленным трофическим цепям, что увеличивает риск возникновения и роста заболеваний, этиологически связанных с факторами окружающей среды.

Однако в доступной литературе, информация о гигиенической оценке антропогенно-загрязненных почв, закономерности поведения и процессы миграции нефтяных углеводородов и степень возможного негативного воздействия таких почв на условия проживания и здоровье населения практически отсутствует.

Все выше изложенное и определило актуальность предлагаемой работы.

Целью настоящей работы являлась гигиеническая оценка процессов миграции и трансформации нефти в почве. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработка высокочувствительного метода определения нефти в почве с использованием инфракрасной спектрометрии.

2. Изучение стабильности и трансформации с идентификацией продуктов деградации нефти в почве.

3. Оценка степени миграции нефти из почвы в воду и влияния на растения.

4. Оценка реальных уровней загрязнения почв мегаполиса (на примере г. Москвы).

Научная новизна работы состоит в следующем:

Разработан аналитический метод определения нефти в почве на основе инфракрасной спектрометрии для гигиенических исследований.

Изменение компонентного состава идентифицированных нефтепродуктов деструкции нефти в почве в зависимости от времени выявило окислительный характер процесса трансформации нефтяного загрязнения почвы.

Выявлены факторы окружающей среды, к которым относится рН и влажность, влияющие на зависимость процессов стабильности нефти и ее миграции в грунтовые воды.

Впервые получены данные по воздействию уровней загрязнения нефти на сельскохозяйственные культуры. Полученные закономерности свидетельствуют наличии положительного действия нефти в концентрации до 500 мг/кг и снижении урожайности и пищевой ценности растений при загрязнении 750-10000 мг/кг нефти. Выявлен диапазон действующих концентраций содержания нефти в почве на сельскохозяйственные тест-растения.

Санитарно-гигиеническая оценка состояния почв г. Москвы показала, что уровни загрязнения почвы нефтью колеблются в диапазоне от 33 до 13000 мг/кг.

Практическая значимость работы.

Результаты исследования внедрены в практику в виде Методических указаний «Определение концентрации нефти в почве методом инфракрасной спектрофотометрии» (МУК 4.1.1956-05), утвержденных Федеральной службой Роспотребнадзора Минздравсоцразвития России в 2005 г.

Установлены водно-миграционные и транслокационные показатели, которые могут быть использованы при обосновании безопасного уровня содержания нефти в почве.

Материалы работы доложены на: Пленуме научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и МЗ РФ (Москва, 1719 декабря 2003 г.); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Окружающая среда и здоровье» (Суздаль, 2005г.); 4-ом Международном Конгрессе по управлению отходами (Москва, 2005г.).

Исследования проводились в период с 2002 по 2005 гг. в соответствии с тематикой научно-исследовательских работ ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН в лабораториях гигиены почвы отходов и физико-химических методов исследования в сотрудничестве с лабораториями Института.

Заключение диссертации по теме «Гигиена», Карцева, Наталия Юрьевна

131 Выводы

1. Разработан простой, доступный для органов Госсанэпиднадзора метод определения нефти, позволяющий контролировать нефтяное загрязнение почвы независимо от типа почвы и вида нефти с чувствительностью 20 мг/кг и погрешностью измерения ±24%. Метод может быть рекомендован в качестве методического обеспечения для контроля содержания нефтяных углеводородов в почве и последующего их гигиенического нормирования.

2. Для полной деструкции нефтяных углеводородов в почве в диапазоне концентраций от 1000 до 10000 мг/кг потребовалось 1,5-2 года. Показано, что степень деструкции зависит от рН и влажности почвы. Наибольшая степень деструкции выявлена при слабо щелочной реакции среды (рН 7,3, влажность 60% от полной влагоемкости - ПВ) и пониженной влажности почвы (20% от ПВ, рН 4,4). Полное разложение нефти в изученном диапазоне концентраций в почве с влажностью 80% от ПВ обнаружено через 2 года.

3. Аналитический мониторинг компонентного состава с использованием хромато-масс-спектрометрии установил, с одной стороны уменьшение содержания в почве углеводородов (предельных, непредельных, циклических, ароматических и т.д.) в первые сутки в 1,5 раза, на 15 сутки - в 3-5 раз, а с другой стороны - образование и накопление кислородсодержащих (альдегидов, кетонов, спиртов, органических кислот) соединений, что свидетельствует о необходимости учета и контроля токсичных продуктов трансформации.

4. Установлено, что в диапазоне концентраций 1000-10000 мг/кг водно-миграционная способность нефтяных углеводородов не зависит от исходной концентрации нефти в почве. Загрязнение почвы нефтью на уровне до 10000 мг/кг адсорбируется верхним слоем почвы и является безопасным для грунтовых вод. Результаты изучения послойного распределения нефтяных углеводородов установили, что угроза загрязнения грунтовых вод может возникнуть лишь при концентрациях нефти в почве более 10000 мг/кг.

5. Экспериментально выявлена различная чувствительность сельскохозяйственных культур к нефтяному загрязнению почвы. В диапазоне изученных концентраций (250-10000 мг/кг) наиболее чувствительным оказался редис, для которого максимально недействующая доза составила 500 мг/кг, для салата - 1000 мг/кг, для культуры картофеля она находилась за пределами 1500 мг/кг.

6. Приоритетными показателями для гигиенической оценки нефтяного загрязнения почвы по результатам работы следует рассматривать фитотоксическое действие на сельскохозяйственные растения и способность к трансформации с образованием опасных кислородсодержащих соединений.

7. Показано, что нефтяное загрязнение почвы детских игровых площадок г. Москвы может достигать 13000 мг/кг, что превышает пороговые уровни для исследованных растений до 26 раз и, учитывая возможность образования токсичных и опасных кислородсодержащих продуктов трансформации, может быть неблагоприятным для здоровья человека.

133

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Карцева, Наталия Юрьевна, 2006 год

1. Агаркова М.Г. Эколого-гинетические особенности почв городских экосистем (на примере Ленинского района г. Москвы). Автореф. дисс. к.б.н. -М., 1991,22с.

2. Анализ объектов окружающей среды. Инструментальные методы. /Под ред. Р. Сониасси.- М.: Мир, 1993, С. 12-17.

3. Арефьев О.А., Забродина М.Н., Норенкова И.К., Карпенко М.Н., Макушина В.М., Петров А.А. Биологическая деградация нефтей // Изв. АН СССР. Сер геол., 1978, №9, С.134-139.

4. Байерман К. Определение следовых количеств органических веществ.- М.: Мир, 1987, С.146-148

5. Байков У.М., Галлиев М.А. Охрана природы на нефтепромыслах Башкирии. -Уфа: Башк. кн. изд-во, 1987г. -272 с.

6. Бейгельдруд Г.М., Голубицкий В.Э., Нечепуренко Ю.Г. Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов (краткий обзор решения проблем нефтяной промышленности). Тула, НПФ «Лидар», 1997г. - 40с.

7. Биохимия овощных культур / Под. ред. А.И. Ермакова и В.В. Арасимович. Л.-М.: Сельхозгиз, 1961. 544 с.

8. Бокрис Дж.О. Химия окружающей среды.- М.: Химия, 1982.-671 с.

9. Бочарникова Е.А. Влияние нефтяного загрязнения на свойства серо-бурых почв Апшерона и серых лесных почв Башкирии. Диссер. на соиск. уч. ст. канд. биолог, наук МГУ им. М.В. Ломоносова.- М.: Рукопись, 1990.-150 с.

10. Булатов А.И., Макаренко П.П., Шеметов В.Ю. Справочник инженера-эколога нефтедобывающей промышленности по методам анализа загрязнителей окружающей среды. Часть 2. Почва.- М.: Недра, 1999.-80 с.

11. Булатов А.И., Макаренко П.П., Шеметов В.Ю. Охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленности.- М.: Нефть, 1997,230 с.

12. Вигдергауз М.С. Аналитическая химия нефти. Учебное пособие.-Куйбышев, 1990г.,-78с.

13. Влияние нефти и нефтепродуктов на растительный компонент водной экосистемы. Методическая разработка. - М., 1990г. - 48с.

14. Воробьев Е.И., Прусаков В.М., Душутин К.К. Охрана атмосферы и нефтехимия., Л.: Гидрометеоиздат, 1985г. 232с.

15. Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука, 1988г. -254с.

16. Врагов А.В. Методы обнаружения, оценки и ликвидации аварийных разливовнефти. Новосибирск, Новосиб. гос. ун-т, 2002г. - 224с.

17. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е пер. и доп. Том l./под ред. засл. деят. науки проф. Н.В. Лазарева Л., «Химия». 1976. - 592 с.

18. Временные методические рекомендации по контролю загрязнения почв. Ч. II/ под ред. С.Г. Малахова. М., Гидрометеоиздат - 1984г., с.4-19

19. Временный региональный норматив (норматив содержания нефтепродуктов в почвах Санкт-Петербурга), 1993г., 50с.

20. Временный регламент приемки нарушенных и загрязненных нефтью и сопутствующими пластовыми водами земель после проведения восстановительных работ для Усинского района Республики Коми

21. Гольдберг В.М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М.: Недра, 1984г. -262с.

22. Горшков Е.И., Орлов Д.С. Влияние величины рН на значение ОВП// Почвоведение, 1981, № 5, С. 25-30.

23. ГОСТ 17.4.3.01-83 (СТ СЭВ 3847-82) Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб

24. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб

25. Гриценко A.M., Акопова Г.С., Максимов В.М. Экология. Нефть и газ. М.: Наука, 1997г. - 598с.

26. Гродзинский A.M., Гродзинский Д.М. Краткий справочник по физиологии растений. Киев: Наукова думка, 1973. 591 с.

27. Губкин И.М. Учение о нефти, 3-е изд., М.: Наука, 1975г., 346с.

28. Давыдова И.Ю. Глеегенез, деградация, экологическая оценка и ремедиация почв в районах нефтяной промышпенности//автореф.дисс.д.б.н.,-М.,2005г., 51с.

29. Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. Справочник.- М.: Химия, 1989, С.336-338.

30. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1979. 416 с.

31. Ерубаева Г.К., Бигалиев А.Б., Сильвестрова Н.П. Зависимость "доза-эффект" при оценке мутагенности нефти в эксперименте //http://www.kazsukz/main.aspx?id=463

32. Журков B.C., Русаков Н.В., Тонкопий Н.И. и др. Гигиеническая оценка мутагенного потенциала промышленных отходов//Гиг. и сан. 1998. - № 4. - с.37