Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Оценка экологического состояния и совершенствование системы мониторинга водных объектов в зоне влияния нефтехимических предприятий

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Оценка экологического состояния и совершенствование системы мониторинга водных объектов в зоне влияния нефтехимических предприятий"

На правах рукописи

МУХАМАТДИНОВА АЛЬФИЯ РАИСОВНА

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 03.02.08 - «Экология» (в химии и нефтехимии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2015

005569164

ВПО «Уфимский государственный нефтяной и Государственном бюджетном учреждении, государственного аналитического контроля (ГБУ

доктор химических наук, профессор Сафарова Валентина Исаевна. Рудакова Лариса Васильевна,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», заведующая кафедрой «Охрана окружающей среды»; Темердашев Зауаль Ахлоовнч, доктор химических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет», заведующий кафедрой «Аналитическая химия».

Ведущая организация: Институт проблем экологии и

недропользования Академии наук Республики Татарстан.

Защита диссертации состоится 24 июня 2015г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.289.03 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимски" государственный нефтяной технический университет» и на сайте: www.rusoil.net

Автореферат разослан «29» апреля 2015г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Работа выполнена в ФГБОУ технический университет» (УГНТУ) Республики Башкортостан Управление РБ УГАК).

Научный руководитель Официальные оппоненты:

хульминев Ким Гимадиевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Загрязнение объектов окружающей среды нефтью и нефтепродуктами является серьезной экологической проблемой в мировом масштабе. В Республике Башкортостан (РБ) нефтяная промышленность представлена полным перечнем технологических процессов, включая добычу, транспорт нефти, хранение, получение и использование продуктов переработки, оказывающих разностороннее влияние на все компоненты природной среды.

Наиболее интенсивному воздействию подвергаются водные объекты, сопряженные с территориями нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий (НХП). Загрязняющие вещества от основных источников попадают в гидросферу не только с организованными сбросами сточных вод производственных объектов, но и с поверхностным склоновым (в период половодья и ливневых дождей) и подземным стоками. Кроме того, в результате различного рода утечек и других нештатных ситуаций в грунтах промышленных площадок этих предприятий может происходить скопление нефтяных углеводородов (НУВ), которые, постепенно просачиваясь в подземные горизонты, представляют угрозу для качества подземных вод.

Наиболее экологически опасными источниками загрязнения поверхностных и подземных вод в среднем течении реки Белой являются крупные нефтехимические предприятия РБ, расположенные на территории Южного и Центрального промышленных узлов. На этом участке неоднократно отмечался выход НУВ на поверхность. Исследованиями выявлены закономерности формирования подземных потоков нефтяных УВ от источников их поступления в направлении р. Белой и их перераспределения между компонентами природной среды. Однако остаются недостаточно изученными вопросы самоочищения водной экосистемы от загрязнения НУВ и сопутствующими токсичными веществами вследствие их депонирования в донных отложениях реки, испытывающей постоянную антропогенную нагрузку.

В связи с изложенным, используемые в настоящее время подходы к анализу и оценке воздействия нефтепродуктов и сопутствующих загрязняющих веществ на экологическое состояние водных объектов, требуют дальнейшего усовершенствования, что является актуальной природоохранной задачей.

Цель работы. Оценка влияния деятельности предприятий нефтехимической промышленности на экологическое состояние водных объектов на примере реки Белая и совершенствование системы мониторинга компонентов природной среды.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести локальный эколого-аналитический мониторинг поверхностных вод и донных отложений в зоне влияния НХП на примере р. Белой;

- оценить влияние и выявить потенциальные источники загрязнения р. Белой;

- изучить загрязненность донных отложений р.Белой и их сорбционную способность по отношению к органическим загрязняющим веществам;

- изучить влияние нефтепродуктов на ферментативную активность почв для количественной оценки их биодеградации;

- разработать мероприятия для минимизации воздействия выявленных источников загрязнения на реку Белая в среднем ее течении.

Научная новизна:

Рассчитаны дифференцированная и нормированная антропогенные нагрузки, оказываемые на р.Белую сточными водами нефтехимических предприятий РБ с учетом

различия ее водного стока на отдельных участках. Показано, что максимальная нагрузка на р.Белую оказывается сточными водами предприятий городов Салавата и Ишимбай.

На основе проведенных исследований участка реки Белая в районе Южного промышленного узла выявлено загрязнение донных отложений характерными для нефтехимических предприятий соединениями, относящимися к 1-3 классам опасности (ртуть, бенз(а)пирен, тетрахлорметан, гексахлорбензол - 1-ый класс опасности; бензол, никель, свинец - 2-ой класс опасности; алкилфенолы, ксилолы, изопропилбензол и пропилбензол - 3-ий класс опасности). Рассчитаны индексы загрязненности донных отложений (ИЗДО), соответствующие высокому и чрезвычайно высокому уровню. Установлено, что в течение 2010-2014 гг. наблюдается прогрессирующая динамика загрязнения донных отложений, связанная с постоянным поступлением токсичных веществ в водоток, что свидетельствует о тесной взаимосвязи «донные отложения -источник загрязнения». Нефтяные углеводороды, депонированные в грунтах, являются источником загрязнения воды поверхностных водных объектов и донных отложений.

Изучены процессы сорбции компонентов сточных вод НХП (полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и фенолов) на образцах донных отложений р.Белой из водных растворов. Выявлено, что данные вещества сорбируются донными отложениями, что способствует самоочищению реки. Исследование процессов десорбции фенола из донных отложений в водную фазу показало, что при соответствующих условиях загрязняющие вещества переходят из донных отложений в водный слой и являются источником вторичного загрязнения воды.

В результате проведения лабораторных и микрополевых испытаний показано, что нефть, дизельное топливо, газовый конденсат, бензин и их смеси угнетают активность оксидоредуктаз, что затрудняет биодеструкцию нефтепродуктов в почве в натурных условиях. Ингибирующее действие исследованных образцов нефтяных углеводородов на ферментативную активность выщелоченного чернозема снижается в ряду: нефть — смесь образцов (дизтопливо + газовый конденсат + нефть + бензин-92) -> газовый конденсат — дизельное топливо —> бензин.

Предложена усовершенствованная структурно-функциональная модель системы мониторинга загрязнения водотоков в районах функционирования предприятий нефтехимической отрасли, основанная на выявлении и прогнозе негативного воздействия источников загрязнения, контроле качества поверхностной воды в зоне влияния промышленных предприятий, а также регулярных наблюдений за состоянием донных отложений с использованием химических, физико-химических и биологических методов исследования.

На основании выявленных закономерностей загрязнения водных объектов через грунты и подземные стоки впервые предложена технология очистки нефтезагрязненных грунтовых вод с помощью биофильтров, населенных штаммами микроорганизмов-деструкторов на поверхности сорбентов (керамзит и водоросли рода СШоркога). Установлены параметры системы локальной очистки загрязненных нефтепродуктами грунтовых вод с целью недопущения их поступления в поверхностные водные объекты.

Теоретическая значимость:

Комплексные исследования загрязнения водных объектов в зоне влияния НХП вносят вклад в развитие теоретических и прикладных основ экологического мониторинга и эколого-методических научных основ системы охраны водных ресурсов.

Практическая значимость:

Разработанный подход к организации системы мониторинга реки Белой в зоне влияния нефтехимических предприятий, методология исследования донных отложений, а также рекомендации по контролю перечня приоритетных контролируемых ингредиентов реки Белой используется в Министерстве природопользования и экологии Республики Башкортостан при выполнении работ, согласно «Постановления об организации ведения мониторинга водных объектов на территории Республики Башкортостан» №9 от 16 января 2009года.

Материалы диссертационной работы используются при чтении лекций по дисциплине «Экологические аспекты развития промышленных технологий» для студентов 4 курса (биологи-экологи), в курсе лекций «Поверхностные явления и адсорбция» для магистрантов химического факультета, при выполнении курсовых и дипломных работ специалистов Башкирского государственного университета, а также кафедры «Прикладная экология» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по дисциплинам: «Стандарты качества окружающей среды» для бакалавров направления 241000 « Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» профиль «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», инженеров по специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», «Экология» для бакалавров.

Соответствие диссертации специальности, по которой она представлена к защите

Диссертация соответствует пунктам паспорта специальности 03.02.08 - экология (в химии и нефтехимии):

- исследования влияния абиотических факторов технологических процессов и продукции химических и нефтехимических отраслей промышленности на окружающую среду в естественных и искусственных условиях с целью установления пределов устойчивости компонентов биосферы к техногенному воздействию (п.4.1.);

- совершенствование принципов и механизмов системного экологического мониторинга, аналитического контроля негативного воздействия объектов на окружающую среду нефтехимической отрасли промышленности (п. 4.3);

- научное обоснование принципов и разработке методов инженерной защиты территорий естественных экосистем от воздействия нефтехимических предприятий (п. 4.5).

На защиту выносятся следующие положения:

1. Комплексная оценка воздействия объектов нефтехимической промышленности на экологическое состояние водных объектов на примере реки Белая.

2. Результаты исследования основных источников поступления загрязняющих веществ в р. Белую (промышленная площадка основных производств НХП и площадка биологических очистных сооружений).

3. Усовершенствованная структурно-функциональная модель системы мониторинга загрязнения водных экосистем в районах развития нефтехимии.

4. Результаты изучения самоочищающен способности грунтов от загрязнения нефтепродуктами.

5. Последовательная технология очистки нефтезагрязненных грунтовых вод на биофильтрах, населенных штаммами микроорганизмов-деструкторов на поверхности сорбентов (керамзит и водоросли рода Cladophora).

Личный вклад автора:

Автором лично осуществлены: анализ литературных источников, выбор объектов исследования с учетом их специфики, планирование и проведение экспериментальных исследований. Постановка цели и задач исследования, интерпретация и анализ полученных результатов, формулирование основных выводов диссертационной работы проведены соискателем совместно с научным руководителем. Соавторами публикаций являются Д.х.н„ проф. Сафарова В.И., к.т.н. Сафаров A.M. и коллеги д.х.н., проф. Кудашева Ф.Х., K.X.H. Магасумова А.Т., к.х.н. Хатмуллина P.M., к.т.н. Шайдулина Г.Ф., к.х.н. Смирнов! Т.П., К.Т.Н. Галинуров И.Р., к.т.н. Фатьянова Е.В., Китаева И.М., принимавшие участие в экспериментальной работе и обсуждении результатов, за что автор приносит им глубокую благодарность.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях - Уфа, 2010, 2011, Воронеж, 2010, 2013, Усть - Каменногорск Республика Казахстан, 2012, ' 2013^ Международных научно-практических конференциях - Курган, 2010, Уфа,' 2010-Всероссийских научных конференциях - Уфа, 2010, Архангельск, 2011, Москва, 201з' Калининград, 2014 и др.

Публикации. По теме диссертации автором опубликованы 19 печатных работ, в том числе 5 статей в журналах, входящих в перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, 14 тезисов докладов на конференциях различного уровня.

Структура и объём работы. Диссертация общим объемом 170 страниц, состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 157 библиографических источников, 25 таблиц, 33 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность тщательного исследования загрязненности водных объектов нефтью и нефтепродуктами в зоне влияния промышленных предприятий нефтеперерабатывающего и нефтехимического профиля, целесообразность совершенствования систем мониторинга и контроля загрязняющих веществ с помощью

высокоинформативных методов анализа, сформированы цель и задачи исследования, практическая значимость и научная новизна работы.

В первой главе рассмотрены и обобщены сведения об антропогенных и биогенных источниках поступления НУВ в водные объекты, воздействии, оказываемом при этом на гидросферу, а также процессах миграции, перераспределения и метаболизма нефтепродуктов в водных экосистемах. Рассмотрены вопросы нормирования нефтепродуктов в объектах окружающей среды и охарактеризованы наиболее часто применяемые при экологических исследованиях методы идентификации и определения их компонентного состава. Систематизирована информация о способах выделения нефтепродуктов из различных сред; рассмотрены примеры определения других органических соединений, присутствующих в объектах анализа одновременно с НУВ.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования.

Объектами исследования являлись сточные воды НХП, расположенных в центральном (г. Уфа) и южном (г.г. Стерлитамак, Салават и Ишимбай) промышленных узлах РБ, подземные воды, вода и донные отложения р. Белой в зоне влияния НХП.

Отбор проб сточных, природных и подземных вод, донных отложений на исследуемых участках проводили в соответствии с требованиями нормативной документации (ГОСТ, ГОСТ Р, РД ), допущенными для целей экоаналитического контроля, обеспечивающими их представительность, сохранность проб и правильность определения.

Анализ проб природных и техногенных сред проводили с использованием метода биотестирования, титриметрических, фотометрических и современных высокоинформативных (инфракрасной спектрометрии, газо-жидкостной хроматографии, хромато-масс-спектрометрии, высокоэффективной жидкостной хроматографии и атомно-абсорбционной спектрометрии) методов по аттестованным методикам с применением поверенных приборов в аккредитованной лаборатории (аттестат аккредитации РОСС. №.0001.510312).

В третьей главе представлены результаты многолетнего мониторинга сточных вод НХП и природных вод в зоне их влияния.

Река Белая является основным водотоком Республики Башкортостан (рисунок 1). Поскольку она протекает по всей территории РБ, ее водосборная площадь сопряжена с территориями различных промышленных производств и сельхозугодий. Р.Белая принимает также бытовые сточные воды городов и других населенных пунктов, в нее

поступают неорганизованные сбросы и т.д.

Для оценки качества воды и донных отложений р.Белой створы наблюдений выбирали в зонах с максимальным влиянием вероятных источников поступления

загрязняющих веществ.

В среднем течении р. Белой расположены предприятия химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, сосредоточенные в Южном (города Салават, Ишимбай и Стерлитамак) и Центральном (г. Уфа) промышленных узлах. На данном участке створы для контроля были выбраны в зависимости от места расположения контрольных выпусков сточных вод этих предприятий

в р. Белую (рисунок 1). В качестве фонового определен створ контроля в верховье реки, где отсутствуют предприятия нефтехимического профиля.

р. Белая

г. Ишимбай г. Салават

Рисунок I - Карта-схема точек отбора проб воды и донных отложений р Белой'

1- Р-Белая, выше д. Махмутово; 2- р. Белая, выше г. Салавата; 3- р. Белая, ниже г. Салавата, г. Ишимбая- 4 - р Белая 1 м выше места выхода нефтепродуктов,- 5 - р. Белая в месте выхода нефтепродуктов; 6 - р Белая-500 м ниже ! выхода нефтепродуктов; 7 - р. Белая -500 м выше ОАО «Газпром нефтехим Салават», 8 - р. Белая в районе сброса I ОАО «Газпром нефтехим Салават»; 9 - р. Белая, -500 м ниже сброса ОАО «Газпром нефтехим Салават»' 10- р Белая выше г. Стерлитамака; 11- р. Белая, ниже г. Стерлитамака; 12- выше г. Уфы, п. Чесноковка; 13- ниже г. Уфы, п. Тугай.'

Результаты инвентаризации состава сточных вод НХП, поступающих после БОС в р. Белую, показали, что они загрязнены неорганическими и органическими соединениями, продуктами нефтепереработки (более 100 соединений), концентрации которых варьируют ! в широком диапазоне. Из перечня обнаруженных ингредиентов сформирована группа 1 приоритетных показателей, постоянно присутствующих в сбрасываемых сточных водах ! (таблица 1).

Сопоставление результатов анализа проб сточных вод, отобранных до и после БОС ОАО «Уфанефтехим» и ОАО «Каустик», свидетельствуют о достаточно эффективной их очистке от органических соединений. Однако, в очищенных сточных водах предприятий Южного и Центрального промузлов неоднократно обнаруживались нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (ПАВ), фенол, бенз(а)пирен в концентрациях, в десятки раз превышающих ПДК. Концентрация неорганических примесей в очищенных сточных водах также неоднократно превышала нормативные значения. В пробах воды р. Белой, отобранных ниже г. Уфы, обнаруживались алкилфенолы, бензол, толуол и другие органические вещества. Эти компоненты содержались в концентрациях, не превышающих ПДК для водоемов рыбохозяйственного значения (ПДКрь1б.хоз.), однако сам факт их обнаружения свидетельствует о влиянии нефтехимических предприятий на качество воды р. Белой.

\

Таблица 1 - Среднемноголетние концентрации приоритетных загрязняющих веществ в

Показатели качества воды Концентрация****, мг/д\^

ОАО «Уфанефтехим» ОАО «Каустик»

вход на БОС после БОС НДС р. Белая* ПДКр.х. вход на БОС выпуски I и 2 НДС р.Белая* ПДКр.х

Ион-аммония 54,0 21,6 0,5 0,3 0,5 19,2 2,65 0,5 0,56 0,5

Хлориды 410,0 . 314,0 300,0 134,0 300,0 4024,7 1623,0 300,0 348,0 300,0

Сульфаты 1820,0 643,0 100,0 133,0 100,0 365,9 144,7 100,0 41,2 100,0

482,3 72,3 15,0 28,0 н.норм. 165,3 37,7 15,0 10,0 н.норм.

Нефтепродукт ы 32,8 4,88 0,05 <0,05 0,05 1,25 0,13 0,05 <0,05 0,05

Фенол** 1,05 0,012 0,001 0,003 0,001 0,0165 0,0017 0,001 0,0003 0,001

Хлорфенолы X) 0,054 0,0005 н.у. 0,00005 0,0001 0,214 0,0022 н.у. 0,0001 0,0001

ЛОС*** (X) 0,351 0,005 н.у. 0,0011 0,0001 0,635 0,02 н.у. < 0,0003 0,0001

Ал кил фенолы © 15,36 1,38 ну. 0,0004 0,01 0, 147 0,022 н.у. 0,0013 0,01

Бензол 0,86 0,0015 0,5 0,0002 0,01 0,0433 0,0031 0,5 0,0001 0,01

Толуол 21,6 0,12 ну. 0,0002 0,5 0,1368 0,0051 н.у. 0,0009 0,5

Крезолы (2) 2,6 0,28 ну. < 0,0001 0,001 7,425 0,975 н.у. 0,011 0,001

Бенз(а)пирен 0,0015 0,000018 н.у. 0,000002 0,00001 0,000808 0,000024 н.у. 0,000003 0,00001

органические соединения; ПДКр.х,- ПДК загрязняющих веществ для вод водоемов рыбохозяйственного значения; НДС-нормативы допустимого сброса; н у. - нормативы качества не установлены; **** здесь и далее - погрешности рассчитываются в соответствии с метрологическими характеристиками аттестованных методик анализа.

Для выявления приоритетного влияния на водоток того или иного источника загрязнения, отдельного загрязняющего вещества, выделения характерных компонентов сточных вод с точки зрения их концентраций, а также частоты присутствия (постоянства) в анализируемых водах рассчитаны показатели дифференцированной и нормированной нагрузки. Полученные данные позволили выявить, что река Белая в створе у городов Салават и Ишимбай, а также в целом в месте сброса сточных вод предприятий Южного промышленного узла испытывает максимальную антропогенную нагрузку.

Процессы миграции загрязняющих веществ в системе «вода - донные отложения» могут сказываться на гидрохимическом режиме водотока, на качестве воды и на токсичности водной среды для гидробионтов. Большинство органических соединений из-за их малой растворимости в воде способны сорбироваться донными отложениями. В сзязи с этим изучены процессы сорбции основных компонентов сточных вод НХП (ПАУ и фенолов) на образцах донных отложений из водных растворов. Выявлено, что данные вещества сорбируются донными отложениями, что способствует самоочищению реки. Фенол в отличие от ПАУ обладает большей растворимостью в воде, поэтому представляло интерес изучение возможности его перехода из донных отложений в водную фазу. Исследование процессов десорбции фенола показало, что при соответствующих условиях загрязняющие вещества переходят из донных отложений в водный слой и являются источником вторичного загрязнения воды.

Результаты анализа проб воды и донных отложений р. Белой, отобранных в 20102013 гг., показали, что эти объекты загрязнены как органическими, так и неорганическими

соединениями. Наиболее загрязненными были донные отложения, отобранные ниже г., Стерлитамака. В этих пробах обнаружено высокое содержание хлоридов (в 36 раз? превышающее фоновое), высокие концентрации ПАУ (в 24 раза превышающее фоновое).! В зоне влияния предприятий Южного промузла обнаружены летучие хлорорганические; соединения, фенолы, более высокие концентрации ртути. Указанные соединения! характерны для сточных вод промышленных предприятий г. Стерлитамака. !

В пробах донных отложений, отобранных ниже города Салавата и Ишимбая, увеличивается содержание нефтепродуктов (в 4 раза), фенолов (в 35 раз), по сравнению с| фоновой пробой (выше города Салавата), что связано с влиянием промплощадки НХП.

Сравнение результатов анализа проб донных отложений реки Белая, отобранных! выше и ниже города Уфы, показывает увеличение концентраций таких загрязняющих! веществ, как нитраты (в 7,5 раза), сульфаты (в 5 раз), марганца (в 2 раза), ПАУ (в 7 раз),] алкилфенолов (в 2500 раз) и карбоновых кислот (в 4 раза). В зоне влияния предприятий! Центрального (Уфа) промузла в донных отложениях обнаружены сера, фенолы, алкилбензолы. Полученные результаты подтверждают влияние Центрального;1 промышленного узла на р.Белую. )

Для каждого створа был рассчитан суммарный показатель загрязненности донных | отложений [Опекунов, 2006]:

2с=(1СУСф)-(п-1) !

На основе этого показателя проведено ранжирование створов р. Белой.' Рассчитанные индексы загрязнения донных отложений в каждом контрольном створе р. Белой приведены на рисунке 2, из которого видно, что их значения изменялись летом от 14,73 до 816,66, а осенью-от 37,90 до 1735,98.

2000 1800 ; 1600 : 1400 : 1200 - 1000 800 600 ! 400 200

816.0

584.15

402.7

■йт-гм - > \ 1-,-, с201'6 1551

точки конгропн

Рисунок 2 - Оценка уровня техногенного загрязнения р. Белой по суммарному индексу загрязненности донных отложений

Примечание: Нормативы: 30 <2С<100- высокий уровень техногенного загрязнения; 10<I<ZC<300 - очень высокий уровень техногенного загрязнения; Хс >300 - чрезвычайно высокий уровень загрязнения.

1- р. Белая, выше д. Махмутово; 2- р. Белая, выше г. Салавата; 3- р. Белая, ниже г. Салавата, г. Ишимбая- 10- р

Белая, выше г. Стерлитамака; 11 - р. Белая, ниже г. Стерлитамака; 12 - р. Белая, выше г. Уфы, п. Чеоноковка- 13 -р Белая

ниже г. Уфы, п. Тугай.

Уровень техногенного загрязнения р. Белой менялся в разных створах реки от

высокого до чрезвычайно высокого. Максимальный уровень загрязнения донных

отложений отмечен в створе, расположенном в районе г. Стерлитамака. Чрезвычайно высокий уровень загрязнения донных отложений в этом створе обусловлен присутствием

и

хлорорганических соединений, которые отсутствуют в фоновом створе реки Белой и поступают со сбросами предприятий города.

Результаты биотестирования водной вытяжки проб донных отложений р. Белой показали, что степень токсичности менялась от допустимой до высокой. Максимальные значения индекса токсичности зафиксированы для донных отложений, отобранных в районе г. Стерлитамака и в створе п. Чесноковка в осеннюю межень (рисунок 3).

Рисунок 3 - Результаты биотестирования водной вытяжки донных отложений

1 Г ^ 0,4 — динуътинми атиень /пиясичноошг

- Сейгябрь

Примечание: Период контроля: июль-август - сентябрь-октябрь. т >11 ,„

Нормативы: Т<0,40 - допустимая степень токсичности; 0,40<Т<0,70 - умеренная степень токсичности, ТХ>,70 -

высокая степень токсичности. - 1П с-„я-

,- р. Белая, выше д. Махмутово; 2- р. Белая, выше г. Салавата; 3- р. Белая, „иже г. Салавата, г. Ишимбая, 10- р. Е«. выше г. Стерлитамака; 11 - р. Белая, ниже г. Стерлитамака; 12 - р. Белая, выше г. Уфы, п. Чесноковка, Ь р. Белая, ниже г. Уфы, п. Тугай.

Кроме организованных источников загрязнения на р.Белую интенсивное техногенное воздействие оказывают подземный и поверхностный стоки.

Исследование влияния подземного стока было проведено на левом берегу р.Белой в районе г.Ишимбая, где в летнюю межень неоднократно наблюдался выход нефтепродуктов при отсутствии источников загрязнения. Для оценки роли подземного стока на состояние р Белой было изучено качество воды наблюдательных скважин, размещенных между промышленной площадкой НХП и рекой. Обоснование выбора наблюдательных скважин приведено в таблице 2, их расположение - на схеме, представленной на рисунке 4.

Таблица 2 - Обоснование выбора наблюдательных скважин для исследования влияния

нефтехимических предприятий на качество подземньгх вод---

г Цель исследования

Наблюдательная скважина

Скважины №№ 1-4, расположенные на границе промплощадки

Скважина №5, расположенная после очистных сооружений

Скважина №6, восточнее скважины №5

Скважины №№7-10, расположенные вдоль участка разгрузки подземных вод в р. Белую _

Получение информации о содержании нефтепродуктов и других загрязняющих веществ в подземных водах в зоне влияния промплощадки НХП

Установление состава загрязняющих веществ в подземных водах, испытывающих влияние очистных сооружений

нхп'

Оценка суммарного влияния промплощадки НХП и БОС на качество подземных вод.

Оценка влияния комплекса НХП, расположенных на обследуе-мой территории, на состав подземных вод, питающих р. Белую____

В качестве источников загрязнения подземных вод были рассмотрены промплощадки нефтехимического предприятия и биологических очистных сооружений (БОС).

Рисунок 4 - Схема расположения наблюдательных скважин

нефтехимических предприятий, расположенных на левобережной территории р.Белой и точки отбора проб воды р. Белой (А, В, С- промышленные предприятия).

В таблице 3 представлены результаты анализа проб воды из наблюдательных скважин, расположенных ниже промплощадки НХП, а также в скважинах, расположенных в зоне влияния БОС.

Таблица 3 - Результаты анализа проб воды из наблюдательных скважин, _расположенных в зоне влияния промплощадки и БОС

Показатели качества воды, мг/дм3 В зоне влияния промплощадки В зоне влияния БОС Суммар ное влияние *ПДК, мг/дм3

Скв.1 Скв.2 Скв.З Скв.4 Скв.5 Скв.6

ХПКбихр. ,мЮ2/дм3 69,5 38 230 30,5 28 48,4 Не

Нефтепродукты, мг/дм3 6,8 (68ПДК) 3,0 (ЗОПДК) 1,92 (19.2ПДК ) 0,13 <0,05 0,12 0,1

Фенолы ,** мг/дм3 0,031 0,008 0,033 0,001 0,002 <0,001 0 25

Хлориды, мг/дм3 41 67 76 46 90 104 350

Сульфаты, мг/дм3 <10 <10 <10 30 364 322 500

Ион аммония, мг/дм3 <0,1 0,9 0,2 0,4 15,4 (10ПДК) 81 (54ПДК) 1,5

Нитраты, мг/дм3 0,52 1,0 0,59 2,1 17,9 71 (1.6ПДК) 45

АПАВ, мг/дм3 1,01 (2ПДК) 0,30 10,0 (20ПДК) 0,25 0,27 0,42 0,5

Сульфиды, (Е)мг/дм3 0,043 (1,4ПДК) 0,007 0,005 0,27 (9ПДК) <0,002 0,261 (8,5ПДЮ 0,03

Бензол, мг/дм 14,4 (Х440ПД К) 7,3 (730ПДК) 3,217 (322ПДК) 0,004 <0,0004 0,0014 0,01

Толуол, мг/дм3 0,974 (2ПДК) 0,0057 0,0056 0,0006 <0,0004 <0,0004 0,5

Примечание. «Са^иН 2.1.4.1074-01«Птьевая вода. Гигиенические требования качеству водь, цен^альных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»; «*- фенолы летучие с паром.

Из полученных результатов видно, что концентрация нефтепродуктов в пробах воды, отобранных из наблюдательных скважин, расположенных на границе промплощадки, меняется в широком интервале — от 0,13 до 6,8 мг/дм3. Самый высокий уровень загрязнения наблюдается в скважинах №1 (68 ПДК) и №4 (30 ПДК), расположенных к востоку от промплощадки НХП. В пробах воды, отобранных из скважин, находящихся в зоне влияния промплощадки, обнаружены ароматические углеводороды. Например, концентрация бензола в скважине №1 превышает ПДК в 1440 раз, в скважине №4 - в 703 раза и в скважине №7 - в 322 раза.

Также установлено (таблица 3), что подземные воды наряду с нефтепродуктами, ароматическими углеводородами, загрязнены АПАВ, сульфидами, фенолом. Высокое значение ХПК свидетельствует о значительном содержании органических соединений (скважина 3). Поскольку скважина №3 расположена на границе промплощадки НХП, по качеству воды в ней можно оценить влияние подземного стока.

О загрязненности подземного стока, поступающего в р.Белую на данном участке, можно судить по результатам анализа проб подземных вод из наблюдательных скважин, расположенных вдоль берега реки.

Из усредненных за 12 лет (таблица 4) результатов видно, что степень загрязненности подземных вод на разных участках обследованной территории нефтепродуктами и другими ингредиентами различна. В пробе воды, отобранной из скважины №7, расположенной в непосредственной близости к р. Белой, найдены самые высокие концентрации нефтепродуктов (11 ПДК), хлоридов (4,5 ПДК), иона аммония (292 ПДК) и сульфидов (62 ПДК). В пробах воды, отобранных из скважин №№ 8, 9, 10, также, как в скважине №7, присутствует ион аммония (от 0,4 до 2,1 мг/дм3). В пробе воды из скважины №9, расположенной на берегу р. Белой, обнаружены высокие концентрации бензола — 0,0550 мг/дм3 (5,5ПДК), толуола - 0,0018 мг/дм3, АПАВ - 1,0 мг/дм3 (2 ПДК) и, как следствие, самое высокое значение ХПК - 117 мг02/дм3.

Таблица 4 - Оценка влияния НХП на состав подземных вод, питающих р. Белую

Показатели качества воды, мг/дм3 Оценка влияния НХП на состав подземных вод, питающих р. Белую *пдк мг/дм3 р. Белая, на месте выхода НУВ ПДК р.х., мг/дм3

Скв.7 Скв.8 Скв.9 Скв. 10

ХПК бихр. 23,7 64,9 117 21 15 12,5 15

Нефтепродукты 1,1 0,65 0,14 <0,05 0,1 0,14 0,05

Фенолы** 0,004 0,001 0,002 <0,001 0,25 0,004 0,001

Хлориды 1347 246 118 40 350 61,1 300

Сульфаты 75,8 176 25 57 500 78,4 100

Ион аммония 14,6 2,1 1,2 0,4 1,5 0,17 0,05

АПАВ 1,01 1,8 1,0 0,04 0,5 0,05 0,5

Сульфиды (Е) 0,310 0,207 0,052 0,004 0,03 0,002 0,005

Бензол 0,005 <0,0004 0,0550 <0,0004 0,01 0,0009 0,01

Толусл <0,0004 <0,0004 0,0018 <0,0004 0,5 0,0004 0,01

Примечание: *СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»; **- фенолы летучие с паром.

Результаты исследования состава сточных вод нефтехимического комплекса ОАО «Газпром нефтехим Салават» и воды р.Белой показали, что сбрасываемые сточные воды в период исследования не вносили значительного вклада в загрязнение воды реки (таблица

5).

Таблица 5 - Диапазоны варьирования концентраций приоритетных ЗВ в сточных водах

ОАО «Газпром нефтехим Салават» и в воде р. Белой в зоне влияния предприятия __(2009-2013г.г.)__

Показатели качества воды, мг/дм3 Вход на БОС Выход после БОС НДС Р. Белая пдкрх, мг/дм3

Выше места сброса Ниже места сброса

ХПКбихр. 84,2-475 69,5-112 15 17-22 11,7 не норм.

Нефтепродукты 3,5-144 0,08-0,51 0,05 <0,05-0,09 <0,05-0,12 0,05

Фенолы * 0,003-5,03 0,0006-0,0008 0,001 <0,0001 <0,0001 0,001

Хлориды 6,0-571,2 71-73 300 15,6 17,7 300

Сульфаты 71-784 98-124 100 17-47 16-28 100

Ион аммония 4,4-21,7 0,38-0,52 0,5 0,13-0,2 0,13-0,3 0,5

Нитраты 2,55-32,0 40-60 40 2,9-4,2 3,2-5,0 40

АПАВ 0,04-1,60 0,03-0,3 0,5 0,03-0,12 0,07-0,12 0,5

Сульфиды (Е) 0,002-0,346 0,022-0,026 0,005 <0,002 <0,002 0,005

Железо общ. 0,7-6,31 0,23-0,43 0,1 0,23-0,35 0,2-0,4 0,1

Бензол 0,001-6,9 <0,0004-0,0008 0,5 <0,0004-0,0008 <0,0004-0,0008 0,5

Толуол 0,0057 <0,0004 0,5 0,0006 <0,0004-0,0005 0,5

Примечание: *- фенолы летучие с паром.

.

I

Сопоставление результатов анализа проб донных отложений, отобранных выше и ниже сброса сточных вод с очистных сооружений ОАО «Газпром нефтехим Салават», с качеством донных осадков в месте выхода НУВ на поверхность реки Белой, показали, что они на обоих участках загрязнены нефтепродуктами, летучими органическими соединениями (толуол, этилбензол, ксилолы, изопропилбензол, пропилбензол), ПАУ, мало- и нелетучими органическими соединениями, специфичными для НХП (рисунки 5 и 6).

веществ в донных отложениях р. Белой в донных отложениях р. Белой

Примечание: 4 - р. Белая, ~500 м выше места выхода нефтепродуктов; 5 - р. Белая, в месте выхода нефтепродуктов; 6 -р. Белая, -500 м ниже места выхода нефтепродуктов; 7 - р. Белая, -500 м выше места сброса ОАО «Газпром нефтехим Салават»; 8 - р. Белая, в районе сброса ОАО «Газпром нефтехим Салават»; 9 - р. Белая, -500 м ниже места сброса , ОАО «Газпром нефтехим Салават». !

Донные отложения в створах 4,5,6 и 8 (таблица 6) значительно отличаются по общему содержанию ПАУ и относительному количеству некоторых индивидуальных компонентов. Максимальное суммарное содержание ПАУ (по сумме 15 соединений) в донных отложениях на месте выхода нефтепродуктов составляет =0,0372 мг/кг (в 1,5 раза выше т.о.1- фона). В остальных створах суммарное содержание ПАУ в донных отложениях превышает фоновые концентрации в 2-3 раза. Неравномерное распределение ПАУ по створам является следствием сброса сточных вод и особенностей их распространения по водотоку на взвешенных частицах.

Таблица 6 - Содержание ПАУ в донных отложениях р. Белой в районе г. Ишимбая

Наименование ПАУ Содержание ПАУ, мг/кг (хЮ3) (п=3, при Р= 0,95)

4 5 6 7 8 9

Нафталин 1,0+0,6 1,0±0,6 1,4+0,9 1,9±1,1 10,4+6,3 3,1±1,9

Ацгнафтен <0,5 2,9±1,7 <0,5 <0,5 <0,5 <0,5

Флуорен <0,5 1,3±0,8 0,6±0,4 0,7+0,4 1,3+0,8 1,0+0,6

Фенантрен 7,1+4,3 7,5±4,5 9,9+5,9 7,2±4,3 7,1+4,3 2,9+1,7

Антрацен <0,5 1,3±0,8 <0,5 <0,5 <0,5 <0,5

Флуорантен 1,5±0,8 8,6±4,6 2,1±1,1 2,5±1,4 1,7±0,9 1,5±0,8

Пирен 2,8±1,5 2,6+1,4 3,9±2,1 5,7±3,1 3,8+2,0 3,7±2,0

Бенз(а)антрацен 0,6±0,3 0,9±0,5 0,9±0,5 <0,5 0,6±0,3 <0,5

Хризен 7,5±4,1 4,3±2,3 10,5±4,8 2,9±1,6 4,5±2,4 5,1±2,7

Бенз(й)флуорантен 1,7±0,9 1,5±0,8 2,4+1,3 <0,5 0,9±0,5 <0,5

Бенз(£)флуорантен 0,6±0,3 0,8±0,4 0,7±0,4 1,3±0,7 0,7±0,4 <0,5

Бенз(о)пирен 0,8±0,4 0,8±0,4 1,1 ±0,6 2,7±1,5 2,6±1,4 1,6±0,9

Дибенз(а.Л/)антрацен <0,5 0,6±0,3 4,8±2,6 <0,5 1,4±0,8 2,2± 1,2

Бензо(£,й,/')перилен 1,8±1,0 3,1 + 1,7 2,5±1,3 2,3±1,3 3,3±1,8 2,3±1,3

Индено(/,2,5-а/)пирен <0,5 <0,5 <0,5 1,3 ±0,7 0,6±0,3 0,6±0,3

Сумма ПАУ 25,4 37,2 40,8 28,5 38,9 24,0

Примечание: 4 - р. Белая, -500 м выше места выхода нефтепродуктов; 5 - р. Белая, в месте выхода нефтепродуктов; 6 -р Белая, -500 м ниже места выхода нефтепродуктов; 7 - р. Белая, —500 м выше места сброса ОАО Газпром нефтехим Сапават»; 8 - р. Белая, в районе сброса ОАО «Газпром нефтехим Салават»; 9 - р. Белая, —500 м ниже местз сброса ОАО «Газпром нефтехим Салават».

Таким образом, в результате проведенных исследований сточных вод НХП Южного и Центрального промузлов РБ, а также подземных вод на территории левобережья р. Белой в зоне расположения НХП, дана оценка влияния потенциальных источников загрязнения на экологическое состояние реки. Показано загрязнение воды в реке растворенными нефтепродуктами, ароматическими улеводородами (бензолом, толуолом), фенолами, алкилфенолами, ЛОС, ПАУ, сульфидами, хлоридами, сульфатами, биогенными компонентами (ионом аммония, нитритами, нитратами), анионактивными ПАВ.

На основании проведенных исследований очевидна необходимость совершенствования системы мониторинга водных объектов в районах развития нефтехимии. В> основу мониторинга водных объектов должны быть заложены

систематизированные данные контроля сточных вод промышленных предприятий, результаты анализа воды рек в зоне их влияния, сведения об источниках загрязнения. В связи с вышеизложенным предложена структурно-функциональная модель системы мониторинга (рисунок 7).

Цель мониторинга:

-оценка экологического состояния водных объектов;

-количественная оценка поступающих загрязняющих веществ со стоками с загрязненных территорий; -выявить приоритетные источники загрязнения;

-выявить наиболее опасные зоны и ореолы распространения загря шлющих веществ; - прогноз распространения зон загрязнения

Алгоритм мониторинга:

-сбор исходных материалов;

-данные о составе сырья, промышленных и товарных продуктов, о составе и объеме сточных вод, используемой технологии, оборудования и тд;

-информация об организованных сбросах сточных вод в водные объекты (виды очистки, мощности и состоянии очистных сооружений, объемах сброса, составе загрязняющих веществ); -инвентаризация неорганизованных сбросов; -данные о загрязнении сопредельных сред.

Организация:

взаимодействие: с

ми нистерством природных ресурсов, прокуратурой и др. админис-трати вн ими органами власти и т.д.

Формы:

-формирование

сети наблюдения;

-составление

программы

наблюдения;

-выбор створов

отбора проб на

водотоках и т.д.

-определение

ориентировочного

перечня

контролируемых показателей с учетом специфики основных источников

Способы:

- выбор конкретных методик отбора проб к определения ЗВ; -оптимизация методов отбора проб и схемы проведения аназиза;

• усовершенствованы е высокоинформативных аналитических методов определения и идент и<Ь икаиии.

Методология:

комплексное исследование:

-использование алгоритма п осле до во тел ьной идентификации ЗВ неизвестного происхождения, в к чючающего снектрофотаметрич еские, спектральные, хромат аграф и ческие, АЗ/С, биологические и токсикологические методы.

Средства:

-разработка и внедрение методи-ческих рекомен-даций но и денти-фикации ЗВ;

-разработка пособий по организации системы мониторинга.

Критерии оценки:

-создание единой базы данных: •возможность оценки экологи ческой ситуации с использованием ГНС-технологий; ■использование информации о индикаторных соединениях - *отпечатках-предприятия» -превышение ПДК

Результаты мониторинга:

-выявление факторного набора и информативных показателей экологического неблагополучия загрязненных территорий; -выведение юн риска;

-разработка мероприятий по стабилизации экологической обстановки или реабилитации зтих территорий.

Рисунок 7 - Усовершенствованная структурно-функциональная модель системы мониторинга загрязнения водных объектов в районах развития нефтехимии (обычным шрифтом выделен традиционный подход; курсивом - усовершенствованный подход)

В четвертой главе с целью разработки методов эффективного восстановления нефтезагрязненных биоценозов изучено состояние окислительно-восстановительных процессов в почве по активности оксидоредуктаз.

Эксперименты проведены в условиях лабораторного и микрополевого опыта. Для этого в исходную пробу почвы вносили образцы нефти, дизельного топлива, бензина, газового конденсата, а также их смесь в равных соотношениях (1:1:1:1). Концентрация

снесенной добавки соответствовала фактическому содержанию нефтепродуктов в грунтах, накопленных в результате многолетней деятельности нефтехимических предприятий.

Условия проведения лабораторного эксперимента отличались от микрополевого. За весь период испытаний в лаборатории непрерывно поддерживались оптимальные условия для развития углеводородокисляющих микроорганизмов — температурный режим 20-30° С, влажность около 60% (за счет регулярного орошения образцов почв), аэрация загрязненной почвы, что способствовало обеспечению кислородом зоны микробной деградации НУВ. В начале эксперимента ингибирующее действие образцов НУВ на активность каталазы было одинаковым, которое можно объяснить уменьшением численности микроорганизмов. По-видимому, ингибирующий эффект связан с воздействием более токсичных легких фракций УВ на ферментативную активность. На седьмой день экспериментов отмечено повышение активности каталазы, что, вероятно, связано с возрастанием численности и активности почвенного биоценоза.

В полевых испытаниях восстановление активности каталазы происходит медленнее, чем в лабораторных (рисунки 8 и 9). Непрерывная оптимизация условий лабораторного опыта позволила существенно ускорить процессы восстановления углеводородокисляющей группы микроорганизмов.

Через 3 месяца в образцах почвы, в которые были внесены дизельное топливо, бензин и газовый конденсат, отмечено возрастание активности каталазы до значений, близких к контрольным. Однако полного восстановления активности данного фермента не вьнтлено. Возможно, это связано с накоплением токсических продуктов разложения, образовавшихся в процессе биодеградации НУВ, в частности, остаточных компонентов нефти, ПАУ и др.

Рисунок 8 - Изменение каталазной активности Рисунок 9 - Изменение каталазной активности загрязненной нефтепродуктами почвы (ЛО) загрязненной нефтепродуктами почвы (МПО)

К концу 3 месяца убыль нефтепродуктов составила: дизельного топлива 88% (76%); бензина 100% (99,9%); газового конденсата 94,4 % (80 %); нефти 69 % (66 %); смеси продуктов 81 % (79,9 %) (в скобках приведены данные полевого опыта).

По уровню снижения ингибирующего действия через 3 месяца после загрязнения в дозе 250,0 г/кг образцы НУВ можно расположить следующим образом: нефть —♦ смесь образцов (дизтопливо + газовый конденсат + нефть + бензин-92) —» газовый конденсат —► дизельное топливо —> бензин.

На рисунках 10 и 11 представлены зависимости каталазной активности от концентрации нефтепродуктов в почве.

Рисунок 10 - Зависимость каталазной Рисунок 11 - Зависимость каталазной

активности от концентрации нефтепродуктов в активности от концентрации нефтепродуктов в почве (МПО) почве (ЛО)

Установлено, что активность каталазы возрастала и коррелировала с уменьшением содержания нефтепродуктов в почве. Показано также, что нефть и продукты ее переработки в силу различного углеводородного состава по-разному влияют на активность каталазы. На протяжении всего срока наблюдения в лабораторных и микрополевых условиях нефть, дизтопливо, газовый конденсат, бензин,' а также их смесь снижают активность углеводородокисляющих микроорганизмов, что приводит к замедлению процесса биодеградации. Среди изученных образцов наибольшее ингибирующее действие на активность каталазы оказывает нефть.

Поскольку миграция нефтепродуктов происходит с грунтовыми водами в поверхностные водоемы, большой теоретический и практический интерес представляет создание новых эффективных, надежных технологий по очистке подземных вод. С этой целью нами предложен биотехнологический способ очистки грунтовых вод, загрязненных нефтепродуктами и другими углеводородами, основанный на использовании активных штаммов микроорганизмов-деструкторов, населяющих поверхность сорбентов (керамзит и водоросли рода С1ас1орИога) (рисунок 12).

Поскольку деструкция НУВ при больших их концентрациях происходит очень медленно из-за угнетения или гибели микроорганизмов, необходимо обеспечить выделение нефтепродуктов в виде свободного углеводородного слоя. Это можно достичь сооружением траншеи на глубину до водоносного горизонта, где будут накапливаться подземные воды, загрязненные пленочными и эмульгированными нефтепродуктами. Размеры траншеи для отстаивания определяются временем расслоения водонефгяной эмульсии. Серией экспериментов, проведенных в лабораторных условиях (р=750 мм.рт.ст., I =20 °С), установлено, что в зависимости от концентрации эмульгированных нефтепродуктов расслоение эмульсии достигается за время от 1,5 до 15 минут.

распределительная сеть подачи воды; 9 -слой водорослей; 10-13 — датчики.

Рисунок 12 - Принципиальная схема для очистки грунтовых вод.

Ранее проведенными гидрогеологическими исследованиями [Ткачев В.Ф., 20002001] показано, что выход нефтепродуктов в р.Белую наблюдается на участке длиной около 100 м. В меженные периоды глубина их вскрытия составляет 1,5-5,0 м при средней глубине - 3,0 м. Ниже водоносного горизонта залегают водоупорные глины. Расход подземных вод составляет 845 м!/сут.

Таким образом, максимальная глубина траншеи, предназначенной для первичного отстаивания грунтовых вод, будет равна 3 метрам, длина - 100 м и ширина — 5 м. Исходя из расхода подземных вод (845 м3/сут), вода в траншее достигнет максимального уровня в течение двух суток. Этого времени достаточно для расслоения водонефтяной эмульсии. Верхний слой, состоящий из нефтепродуктов, из траншеи далее насосами откачивается и направляется в емкости - отстойники, где происходит окончательное разделение НУВ, взвешенных частиц и воды. Одновременно нижний слой грунтовых вод насосами откачивается в биофильтры кассетного типа. Очищенная биофильтрами вода направляется в реку Белая.

Для расчета параметров биофильтра в лабораторных условиях была исследована зависимость степени очистки нефтезагрязненных вод от времени пребывания их на биофильтрах, представляющих собой керамзит + водоросли рода С1ас1ор1юга. Для проведения эксперимента использовали пробы воды р. Белой с исходной концентрацией нефтепродуктов менее 0,05 мг/дм3, методом добавок готовили рабочие растворы с концентрацией нефтепродуктов 3,2 мг/дм3, которые путем орошения вносили на поверхность сорбента с биопленкой. Концентрацию для внесения рассчитывали по результатам фактического содержания нефтепродуктов в грунтовых водах в растворенной форме после первичного отстаивания пленочных и эмульгированных нефтепродуктов.

Керамзит сорбирует нефть из воды в количестве 0,45 г на 1 г сорбента [патент РФ № 2049543]. В лабораторных экспериментах был использован керамзит фракции 5-10 мм (ГОСТ 9757-90). Плотность данного сорбента марки М 350 составляет 350 кг/м3.

На рисунке 13 показана эффективность очистки нефтесодержащих грунтовых вод на биофильтрах.

Рисунок 13 : - Результаты лабораторного эксперимента по определению эффективности очистки нефтезагрязненных грунтовых вод на биофильтрах с загрузкой керамзит + водоросли рода 1 С1аёорИога по БПКполн.

Эффективность очистки вод оценивали по биологическому потреблению кислорода (БПКпшш), которая на 21-28-й-дни эксперимента составила 70%. В последующие дни существенного изменения значений этого показателя не происходило, видимо, за счет образования трудноокисляемых соединений. Остаточная концентрация нефтепродуктов на выходе из биофильтров на 21-й день эксперимента составила 0,4 мг/дм3, что соответствует 87,5% эффективности очистки от первоначальной концентрации 3,2 мг/дм3. Согласно полученным данным, интенсивность очистки нефтезагрязненных грунтовых вод замедляется после 21 сутки.

Нагрузка, оказываемая на биофильтры, равна 3,2 г/м3 • 845м3/сут. = 2704г/сут. Для очистки грунтовых вод, подаваемых в объеме около 600 м3 в сутки, был выбран тип высоконагружаемого биофильтра. Требуемая площадь сооружения для биологической очистки составляет 600 м2, при его глубине 1,5 м и толщине загрузки — 0,5 м. Необходимый объем керамзита: 600 м2 • 0,5 м = 300 м\ а масса: ЗООм3 • 350 кг/м3 = 105000 кг. Такое количество керамзита способно сорбировать до 47250 кг нефти. На биофильтре с данными параметрами обменная емкость составит 47250 кг : 2,704 кг/сут. = 17474 сут. Вода на биофильтры должна подаваться со скоростью 1000 м3 : 600 м2/сут. = 1,7 м3/м2сут или 0,07м3/м2час.

Расчет размера вреда, причиненного р. Белой, в результате поступления загрязненных нефтепродуктами грунтовых вод проводим в соответствии с «Методикой исчисления размера вреда, причиненного водным объектам, вследствие нарушения водного законодательства №87 от 13.04.2009г».

Масса нефтепродуктов после отстойников перед подачей на биофильтр за сутки составляет:

Мм+„проа)1[™.=845м3/сут*(3,2-0,1 )*24час* 10^=0,062868т.

При этом размер вреда составит 124647,7 тыс. руб. в год.

Масса нефтепродуктов, сбрасываемых в реку Белая после очистки за сутки, составляет:

Мне^продлс™^ 845м3/сут.*(0,4-0,1)*24сут.*10"6= 0,006084т., размер вреда соответственно - 12081,5 тыс.руб. в год. При этом эффективность очистки составит 90%.

ВЫВОДЫ

1. Проведена комплексная оценка влияния нефтехимических предприятий на водные объекты на примере р. Белой путем исследования компонентов природной среды (грунтов, подземных вод, поверхностных ливневых сточных вод, донных отложений), на основании которой дана оценка влияния потенциальных источников загрязнения обследованных территорий на экологическое состояние реки.

2. Рассчитаны дифференцированная и нормированная антропогенные нагрузки, оказываемые на р.Белую сточными водами нефтехимических предприятий РБ, с учетом различия водного стока реки на отдельных ее участках. Показано, что максимальная нагрузка на р.Белую оказывается сточными водами предприятий Южного промышленного узла.

3. Проведен мониторинг загрязненности донных отложений р. Белой в зоне влияния предприятий Южного и Центрального промузлов. Полученные результаты подтверждают связь «донные отложения — источник загрязнения». Чрезвычайно высокий уровень техногенного загрязнения дойных отложений, обусловленный присутствием в них токсичных соединений 1-3 класса опасности (хлорорганических соединений, фенолов, ртути, ПАУ), установлен ниже сбросов промышленных предприятий г.Стерлитамака,

4. Показано влияние загрязненных грунтовых вод на качество воды р. Белой в районе г. Ишимбая. Состав загрязняющих веществ, обнаруженных в подземных водах, свидетельствует о том, что источниками их поступления в подземные горизонты являются БОС и промплощадка нефтехимических предприятий, расположенные на территории левобережья р.Белой.

5. Предложена усовершенствованная структурно-функциональная модель системы мониторинга загрязнения водных экосистем в районах развития нефтехимии. Для выявления и прогноза воздействия источников загрязнения на состояние водных объектов, наряду с контролем качества поверхностной воды в зоне их влияния, программа мониторинга в едином блоке должна включать регулярные наблюдения за загрязненностью донных отложений. Перечень контролируемых показателей должны входить специфические и приоритетные показатели, позволяющие максимально эффективно оценивать зону распространения загрязнений и уровень негативного влияния деятельности предприятий на компоненты природной среды.

6. Изучено влияние нефти и продуктов её переработки на активность оксидоредуктаз. Установлено, что на протяжении всего срока наблюдения в лабораторных и микрополевых условиях нефть, дизтопливо, газовый конденсат, бензин, а также их смесь снижают активность оксидоредуктаз, что приводит к замедлению процесса биодеградации углеводородов. К концу 3-го месяца уменьшение содержания нефтепродуктов составило:

дизельного топлива 88% (76%); бензина 100% (99,9%); газового конденсата 94,4 % (80 %); нефти 69 % (66 %); смеси продуктов 81 % (79,9 %) (в скобках приведены данные полевых испытаний). Среди изученных образцов, наибольшее ингибирующее действие на активность каталазы оказывает нефть. Выявлено, что естественный процесс биодеградации нефтепродуктов в грунтах занимает длительный период времени.

7. Предложена технология локальной очистки загрязненных нефтепродуктами грунтовых вод с использованием биологических фильтров, населенных штаммами микроорганизмов-деструкторов на поверхности сорбентов.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Мухаматдинова А. Р. Оценка влияния предприятий нефтехимического комплекса на объекты окружающей среды I А. Р. Мухаматдинова, А.М.Сафаров, А.Т.Магасумова, Р.М.Хатмуллина // Георесурсы. - 2012. - Т.50. - №8. - С. 48-52.

2. Мухаматдинова А. Р. Идентификация нефтепродуктов в объектах окружающей среды / А. Р. Мухаматдинова, А.Т.Магасумова, Р.М.Хатмуллина, В.И.Сафарова, И.П.Климина // Безопасность жизнедеятельности. - 2012. - №11. - С. 33-37.

3. Мухаматдинова А.Р. Изучение ферментативной активности почв, загрязненных нефтяными углеводородами / А. Р. Мухаматдинова, А.М.Сафаров, А.Т.Магасумова, Т.П. Смирнова, В.И. Сафарова // Естественные и технические науки. - 2013. - Т.64. - №2. - С. 99-105.

4. Мухаматдинова А.Р. Оценка состояния водных ресурсов в районах нефтепереработки Республики Башкортостан / А.М.Сафаров, И.Р. Галинуров, А. Р. Мухаматдинова, В.И.Сафарова // Проблемы региональной экологии. - 2013. - №4. - С. 9299.

5. Мухаматдинова А.Р. Изучение загрязненности подземных вод, испытывающих техногенное влияние нефтехимических предприятий / А.М.Сафаров, А. Р. Мухаматдинова,

A.Т. Магасумова, В.И.Сафарова// Безопасность жизнедеятельности. - 2013. - № 11.- С. 3438.

6. Мухаматдинова А.Р. Определение фенолов в сточных водах предприятия органического синтеза и жилищно-коммунального хозяйства хроматографическими и спектрометрическими методами / А.Т. Магасумова, В.И.Сафарова, Р.М.Хатмуллина, Е.В.Фатьянова, А. Р. Мухаматдинова // Материалы Международной научно-практической конференции «Экология. Риск. Безопасность». Курган, 2010. - С. 99-100.

7. Мухаматдинова А. Р. Солевое загрязнение почв при разливах нефти / А.Р. Мухаматдинова, В.И.Сафарова, А.Т. Магасумова // Сборник трудов научной конференции «Экологические проблемы нефтедобычи». Уфа, 2010. - С. 128-129.

8. Мухаматдинова А.Р. Негативное воздействие предприятий нефтехимической промышленности на окружающую среду Республики Башкортостан / И.Р. Галинуров,

B.И.Сафарова, А.М.Сафаров, Р.М.Хатмуллина, А.Р.Мухаматдинова // Сборник научных статей VIII-й Международной технической конференции «Наука, образование, производство в решении экологических проблем». Уфа, 2011. - С. 181-185.

9. Мухаматдинова А.Р. Определение нефтяных углеводородов в почве и донных отложениях / JI.A. Валиева, А.Р. Мухаматдинова, А.Т. Магасумова, P.M. Хатмуллина, В.И. Сафарова // Материалы VIII-й Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды « Экоаналитика - 2011» и Школы молодых ученых, посвященных 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова. Архангельск, 2011. - С. 26.

10. Мухаматдинова А.Р. Оценка поведения нефтяных углеводородов в литосфере / А.Р. Мухаматдинова, A.M. Сафаров, И.Р. Галинуров, P.M. Хатмуллина, А.Т. Магасумова, Д.Х.Зиганшина // Материалы XI Международной конференции «Ресурсопроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». Усть-Каменогорск, 2012. -С. 295-296.

11. Muhamatdinova A.R. The condition of undergrounds waters in the petrochemical enterprises influence zone / R.M. Khatmullina, A.M.Safarov, V.I.Safarova, G.F. Shaidullina,

A.R. Muhamatdinova // Materials of «13 Evropean Meeting on Environmental Chemistry Emec 13». M., МГУ, 2012. -C.20.

12. Мухаматдинова А.Р. Экологическое состояние подземных вод в зоне влияния нефтехимических предприятий / А.М.Сафаров, А. Р. Мухаматдинова, А.Т. Магасумова,

B.И. Сафарова //. Материалы международной научной конференции по аналитической химии и экологии. Алматы, 2013. - С. 282-283.

13. Мухаматдинова А.Р. Исследование влияния техногенно нагруженных территорий на экологическое состояние подземных и поверхностных вод / А.Т.Магасумова, А.М.Сафаров, P.M. Хатмуллина, А.Р.Мухаматдинова, В.И. Сафарова, Г.Ф. Шайдулина // Материалы международной научно-технической конференции по аналитической химии и экологии. Воронеж, 2013. - С. 282-283.

14. Мухаматдинова А.Р. Проблемы определения нефтепродуктов в объектах окружающей среды / Р.М.Хатмуллина, В.И.Сафарова, А.М.Сафаров, А.Р.Мухаматдинова// Материалы IX Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2014». Калининград, 2014,- С.251.

15. Мухаматдинова А.Р. Адсорбция полициклических ароматических углеводородов из водных сред донными отложениями / А.Р. Мухаматдинова, P.M. Хатмуллина, В.И. Сафарова // Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции «Современные тенденции в образовании и науке». Тамбов. -2014,- С. 109-110.

Подписано к печати 23.04.2015 г. Формат 60x80 1/16. Заказ № 142. Тираж 150 Отпечатано в типографии «Знак» 450044, г. Уфа, ул. Космонавтов, 3 тел/факс: (347) 240-56-24