Введение
Глава 1. Стойкие загрязняющие вещества в донных отложениях в местах
1.2 Формирование загрязнения донных отложений
1.3. Металлы в донных отложениях в зонах влияния нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности
1.4. Определение токсичности донных отложений
Глава 2. Объект исследования. Материалы и методы
2.1. Объект исследования
2.1.1. Характеристика деятельности ПАО "Нижнекамскнефтехим"
2.1.2. Характеристика деятельности ОАО Танеко
2.1.3. Характеристика реки Камы
2.2.1. Определение гранулометрического состава
2.2.2. Определение содержания органического вещества в донных
2.2.3. Определение элементного состава
2.2.4. Определение содержания нефтепродуктов
2.2.5. Определение полициклических ароматических углеводородов
2.2.6. Определение токсичности донных отложений
2.2.7. Статистические методы Глава 3. Результаты и их обсуждение.
3.1. Характеристика качества сточных вод ПАО Нижнекамскнефтехим и ОАО Танеко
3.2. Гранулометрический состав донных отложений в районе
выпусков нефтехимических предприятий
3.3. Элементный состав донных отложений в районе выпусков нефтехимических предприятий
3.3.1. Оценка качества донных отложений по интегральным показателям
3.4 Содержание нефтепродуктов и ПАУ в районе выпусков нефтехимических предприятий
3.5. Токсичность донных отложений
Выводы
Список литературы
Предприятия топливно-энергетического комплекса России, в том числе нефтеперерабатывающей и нефтехимической отрасли, являются крупнейшим в промышленности источником загрязнения окружающей среды.
В настоящее время количество некоторых загрязняющих веществ, ступающих с промышленными выбросами и сточными водами в атмосферу и гидросферу, превышает в десятки раз их естественный природный уровень. Каждое предприятие нефтехимической промышленности выбрасывает в окружающую среду свои специфические загрязняющие вещества, которые являются «отпечатком» данного производства.
Нефтехимическое и нефтеперерабатывающее производства являются флагманом экономики Республики Татарстан, политика соблюдения норм экологической безопасности на этих предприятиях привела к снижению негативного воздействия на окружающую среду. Однако существуют среды,
например, донные отложения, которые способны аккумулировать загрязняющие вещества и в течение долговремени сохранять «отпечаток» деятельности предприятия в виде накопления стойких загрязняющих веществ (СЗВ).
Выбор донных отложений (ДО) объектом исследования не случаен, в водной экосистеме ДО могут выступать в качестве маркеров для выявления состава, интенсивности и масштаба техногенного загрязнения, так как их состав отражает не только биогеохимические особенности водосборных территорий, но и состав сточных вод, поступающих от промышленных предприятий. ДО представляют собой сложную многокомпонентную систему и в зависимости от складывающихся в водоеме условий могут депонировать химические/v соединения и быть источником вторичного загрязнения воды. Миграция загрязняющих веществ в системе «вода - донные отложения» оказывает значительное влияние на качество воды, а формирование токсикогенного фона может привести к угнетению или выпадению наиболее чувствительных звеньев
Определению СЗВ в донных отложениях уделяется недостаточно ^ Если информация о содержании тяжелых металлов (ТМ) в ДО встречается в научной литературе, то информации о стойких органических соединениях недостаточно. В этой связи исследование содержания СЗВ, таких как тяжелые металлы и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в зоне деятельности нефтехимических предприятий является актуальным.
Целью работы было определить и оценить уровень загрязнения стойкими загрязняющими веществами, аккумулированными в донных отложений р.Камы, в районе выпусков нефтехимических предприятий.
Задачи исследования:
1. Охарактеризовать механический состав, содержание органических веществ в донных отложениях как факторов аккумуляции загрязняющих веществ.
2. Оценить уровень загрязнения донных отложений районе выпусков нефтехимических предприятий тяжелыми металлами, нефтепродуктами и полициклическими ароматическими углеводородами.
3. Дать пространственную оценку распределения стойких загрязняющих
веществ в донных отложениях р.Камы
4. Определить потенциальную опасность загрязняющих веществ в составе донных отложений в токсикологических тестах с использованием остракод Heterocypris incongruens Научная новизна. Впервые была проведена комплексная экотоксикологическая оценка состояния донных отложений в районе выпусков нефтехимических предприятий тяжелыми металлами, нефтепродуктами и полициклическими ароматическими углеводородами. Охарактеризован гранулометрический состав донных отложений, оценено содержание тяжелых металлов, нефтепродуктов и полициклических ароматических углеводородов в пространственном разрезе и по типам грунта. Впервые оценена токсичность донных отложений р. Камы в тестах с использованием остракод. Показано отсутствие влияния выпусков сточных вод нефтехимических предприятий на химический состав донных отложений, однако наличие токсичности по критерию ингибирование роста остракод свидетельствует о наличии неидентифицированных загрязняющих веществ или о суммирующем действии малых концентраций выявленных токсикантов.
Практическая значимость. Результаты, полученные в ходе исследования, могут быть использованы для создания базы данных о составе донных отложений Куйбышевского водохранилища, а также при разработке планов экономического развития Нижнекамского региона Республики Татарстан.
1. Полевые замеры качества воды показали наличие влияния выпуска ПАО «Нижнекамскнефтехим» на качество воды р.Камы по показателю электропроводность, наблюдается также снижение прозрачности воды с 1,6 м до 1,2 м.
Выявлен тренд увеличения макроэлементов Fe, Mn, P и микроэлементов Pb,
Cu, Cr, Ni, Zn по течению р.Камы и уменьшение содержания Co, что, по- видимому, не связано с влиянием выпусков сточных вод нефтехимических предприятий, поскольку его содержания значимо не отличается от содержания в устье р.Вятка.
3. Анализ содержания элементов при разделении донных отложений по типу грунта выявил рост содержания Al, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Pb в ряду типов грунта песок<илистый песок<ил. Сравнение содержания металлов с зарубежными нормативами показало, что превышение наблюдается для Cd, Ni и Cu.
4. Рассчитанные значения коэффициента обогащения позволили заключить, что содержание тяжелых металлов ^^ДО связано с естественными процессами вымывания из горных пород, а использование интегрального индекса выявило, что 25% проб донных отложений можно признать загрязненными.
5. Сравнение фактического содержания нефтепродуктов с нормативами показало, что практически во всех типах ДО отмечаются превышения. Однако в зоне выпусков нефтехимических предприятий содержание нефтепродуктов было ниже нормативов.
6. Ни по сумме ПАУ, ни по отдельным конгиренам превышений нормативов
(<0,5-33,3 мкг/кг), в районе выпусков нефтехимических предприятий содержание хризена составило 8,4-44,7мкг/кг, что значительно превышает другие места отбора проб. По соотношению маркерных конгиренов фенантрен/антрацен и флюарантен/пирен показан смешанный тип источника поступления ПАУ в водоем: от объектов нефтедобычи и при сжигании оплива.
По критерию «выживаемость» токсичность не была выявлена ни в одной пробе, по критерию «ингибирование роста» во всех пробах наблюдалось значимое отклонение от контроля, причем наибольшее проявление токсического действия отмечено для района выпусков сточных вод нефтехимических предприятий, что может свидетельствовать о совокупном действии загрязняющих веществ или о наличии неидентифицированных токсичных поллютантов. Значимые коэффициенты корреляции были выявлены между токсичностью на остракодах и содержанием в донных отложениях ацетонафтилена (r2 = -0,80) и аценафтена (г2 = -0,74).
. Гранулометрический анализ. Методы лазерной дифракции. Стандарты международной организации по стандартизации (ИСО). - ИСО 133201:1999. - введ. 01.11.1999. - М.: ФГУП «Стандартинформ», 2008. - 40 с.
Жилин А.Ю., Киреева Л.И. Полициклические ароматические углеводороды в воде, биоте и донных осадках Баренцева моря // Известия ТИНРО. 2004. Т.137. с.337-345.
3. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерени^^массовой концентрации элементов в пробах питьевой, природных, сточных вод и атмосферных осадков методом атомноэмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (издание 2008). - ПНД Ф 14.124135-98 - М: 1998. - 27 с.
4. Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в минеральных, органогенных, органоминеральных почвах и донных отложениях методом ИК- спектрометрии (издание 2005г). - ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 - утвержден 1998.
-М: 1998. - 21 с.
5. Михайлова Л.В., Исаченко-Боме Е.А. Разработка и апробация норматива содержания нефти в донных отложениях поверхностных водных объектов //Водные ресурсы. 2012. Т. 39. № 5. С. 530-536.
6. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность. - ГОСТ 17.1.5.01-80 - введ. 1982-01-01. - М: ИПК изд-во стандартов, 2002. - 7 с.
7. Павленко Л.Ф., Скрыпник Г.В., Кленкин А.А., Корпакова^И.Г* Загрязнение Азовского моря полиароматическими углеводородами // Вопросы рыболовства, 2008. Т.9. №4(36). с.861-869
8. Установки дистилляционные опреснительные стационарные. Методы химического анализа накипи и шламов - ГОСТ 26449.4-85. - введ. 01.01.1987. - М: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 15 с.
9. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность. - ГОСТ 17.1.5.01-80 - введ. 1982-01-01. - М: ИПК изд-во стандартов, 2002. - 7 с.
10. Степанова Н.Ю. Использование интегрального подхода для нормирования качества донных отложений природных вод / Н.Ю. Степанова. В.З. Латыпова , В.А. Румянцев, Ш.Р. Поздняков // Водные ресурсы, 2015. Т.42. № 6. - С.647-656
11. Филимонов Слепченко Г.Б., Белянин М.Л., Нартов А.С.
Определение полициклических ароматических углеводородов в почвах с использованием газовой хроматографии - масс-спектрометрии // Аналитика и контроль. 2015.^. 19. № 4. С.310-315
12. Adibi JJ. Prenatal exposures to phthalates among women in New York City and
Krakow, Poland. / Perera FP, Jedrychowski W, Camann DE, Barr D, Jacek R,
// Environ Health Perspect. 2003. - p. 1719-22.
13. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). Toxicological profile for Styrene. Atlanta, GA: U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service. 2010. - p. 137-133>^^
14. Aktaruzzaman, M. Ecological Risk Posed by Heavy Metals Contamination of Ship Breaking Yards in Bangladesh/ Aktaruzzaman, M., Chowdhury M. A. Z., Fardous, Z., Alam, M. K., Hossain, M. S., Fakhruddin, A. N. MH/Jnt. J. Environ. Res. - 2014. - № 8(2) - p. 469-478.
15. Allengil, S. M. Heavy metal accumulation in sediment and freshwater nsh^h
US Arctic lakes. / S. M. Allengil// Environ. Toxicol. Chem - 1997 - p. 733-£x 741.
16. Al-Sayed, H.A. Variations of trace metal concentrations in seawater and pearl oyster Pinctada radiate from Bahrain (Arabian Gulf) / Al-Sayed H.A, A.M. Mahasneh, J. Al-Saad // Marine Pollution Bulletin articles - 1994. 28 (6). p. 370-374.
cast of Bahrain: an assessment of monthly and spatial trends / H. Al-Sayed, J.
r^l-Saad, I.M. Madany, D. Al-Hooti // International Journal of Environmental studies 50- 1996. - p. 237-246.
18. Becker K. German Environmental survey 1998 (GerES III): environmental pollutants in the urine of the German population. / Becker K, Schulz C, Kaus S, Seiwert M, Seifert B*// International Journal of Hygiene Environmental Health - 2003. - p. 15-24.^
19. Bjornn, T.C. Sediment in streams and its effects on aquatic life. Moscow,
Idaho: Water Resources Research Institute, Research Technical Completion Report - 1974. Project No. B-025-IDA.
20. Brain, M. U.S. EPA. Toxicological review of methanol (non-cancer). EPA/635/R-11/011. / M. Brain, S. Tarek, M. Farrukh, G. Micheal, H. Brun. H // External Peer Review Draft. U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC. 2012. - p. 20-24.
21. Budzinski, H. Evaluation of sediment contamination by polycyclic aromatic hydrocarbons in the Gironde esturary / H. Budzinski/S.Jones, J. Belloc, C. Pierard, P. Garrigues // Marine Chemistry, - 1997. 58. - p.85-97
22. Casado, M. Prioritization of substances for national ambient monitoring of
sediment in Switzerland. Swiss Centre for Applied Ecotoxicology Eawag- EPFL, Station 2 (GR B0 391), 1015 Lausanne, Switzerland / M. Casado, M* Wildi, B. J. D. Ferrari, I. Werner // Environmental Science and Pollution^x research Journsal - 2007. - p. 56-68. ^
^^jzuba, C. S. Magirl, C. R. Czuba, E. E. Grossman, C. A. Curran, A. S. Gendaszek, R. S. Dinicola // USGS Publications - 2011 -p. 4.
25. Feng, H. Metal contamination in sediments of the western Bohai Bay and adjacent estuaries / H. Feng, H. Jiang, W. Gao, M.P. Weinstein, Q. Zhang, W. Zhang, L. Y
26. Fowler, S.W. Petroleum hydrocarbons and trace metals in near shore gulf
- 1993. - p. 171-182. A
27. Fu, J. Heavy metals in surface sediments of the Jialu River, China: Their relations to environmental factors. / J. Fu, (C) Zhao, Y. Luo, C. Liu // 270, Journal of Hazardous Materials - 2014. - p. 102-109.
28. Gschwend, P.M. Fluxes of polycyclic aromatic hydrocarbons to marine and lacustrine sediments in the north-eastern United States / P.M. Gschwend, Hites R.A. //Geochimica et Cosmochimica Acta, 1981. 45. - p. 2359-2367;
29. Griffiths, P. G. Sediment yield and runoff frequency of small drainage basins
Grim, J. Cairns, Jr., K.L. Dickson, E.E. Herricks, // Recovery and Restoration Damaged Ecosystems. University Press of Virginia, Charlottesville, Va. 1977. p. 290-302.
V
33. Hickin, E. J. River Geomorphology. / E. J. Hickin // Chichester: Wiley - 1995. - p. 167-189.
34. Howard, P. H. Handbook of Environmental Degradation Rates./ P.H. Howard, R. S. Boethling, W. F. Jarvis, W. M. Meylan, E. M. Michalenko.// In: H. T. Printup (ed.), - Chelsea, MI: Lewis Publishers - 1991- pp. 205.
35.International Agency of Research on Cancer. IARC Monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans. Benzene. Suppl. 7. 1987. - p. 37130.
36. Kim, I. S. Investigation of heavy metal accumulation in Polygonum thunbergii for phytoextraction. / I. S. Kim, K. H. Kang, P. Johnson-Green, E. J. Lee // Environmental Pollution Journal - 2003. 126. -^^2^-243.
37. Kirkeleit, J. Benzene Exposure on a Crude Oil Production Vessel. / J. Kirkeleit, T. Riise, M. Bratveit // The Annuals of Occupational Hygiene Journal, 2006. - P. 123-128.
38. Langland, M. A Summary Report of Sediment Processes in Chesapeake Bay and Watershed. In Water-Resources Investigations Report 03-4123. / Langland, M., & Cronin, T. // New Cumberland, PA: U S Geological Survey. Report 03-
4123 - 2003 - p. 21-97.
39. Ma, Z. Ecological risk assessment of heavy metals in surface sediments of six major Chinese freshwater lakes. / Z. Ma, K. Chen, Z. Yuan, J. Bi, L. Huang, // Journal of Environmental Quality - 2013. - p. 341-350.
40. MacDonald, D.D. Development and evaluation of consensus-based sediment quality guidelines for freshwater ecosystems. / D. D. MacDonald, C. G. Ingersoll, T. A. Berger // Achieves Environmental Contamination Toxicology.
00. no.39. - p. 20-31.
41. 'McNally, W. H. Sediment Transport and Deposition in Estuaries (Sample
V
Chapter). Mississippi State University / W. H. McNally, A. J. Mehta, // In Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS): Coastal Zones and Estuaries - 2004. - p.106-135.
42. Michal. K. WHO. Benzene. In: Air quality guidelines for Europe, 2nd ed. Copenhagen, World Health Organization Regional Office for Europe. / K. Michal, L. Barbara, M. Davjd?// Air Quality Guidelines for Europe Second Edition - 2000. - p. 62-66.
43. Micheal, G. U.S. Environmental Protection Agency. Water quality assessment: A screening procedure for toxic and conventional pollutants in surface and ground water. / S. Tarek, M. Farrukh, G. Micheal, M. Brain, H. Brun // Journal White Paper Use in Hydraulic Fractuting Fluids - 2012. - p. 20-24.
44. PA DEP. Pennsylvania Department of environmental Short-Term Ambient Air Sampling Report. Prepared by PA DEP, Bureau of Air Quality manual - 2010. -p. 134-140.
45. Paramasivam, K. Impact of sediment characteristics on heavy metal concentration and their ecological risk level of surface sediments of Vaigai river, Tamilnadu, India. / K. Paramasivam, V. Ramasamy, G. Suresh^/ Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy -
2015. - № 137 - p. 397-407.
46. Powell, R. J. Applications of a new, efficient hydraulic fracturing fluid system. SPE Production and Facilities, / R. J. Powell, M. A. McCabe, B. F. Slabaugh, J. M. Terracina, J. G. Yaritz, D. Ferrer // Society of Petroleum Engineers - 1999.
14. - p. 139-143.
volatile oils according to their chemical components with regard to historical velopment, vol. 4 - 1907- 327. Styrol, - p. 24-28. (toxicological2010) 483Schreffler, C.L. Low-flow statistics of selected streams in Chester County, Pennsylvania. United States Geological Survey Water-Resources Investigations Report. 98-4117. - 1998. - p. 5-13.
49. Sicre, M. A. Aliphatic and aromatic hydrocarbons in different sized aerosols over the Mediterranean Sea: occurance and origin / Sicre M. A., Marty J.C., Saliot A., Aparicio X., Grimalt J., Albaiges J. // Atmospheric Environment -
Current-Generated Sedimentary Structures, Course Textbook. In MIT Open Courseware: Massachusetts Institute of Technology - 2006. - p. 2-18.
51. Tarek, S. U.S. Environmental Protection Agency. White Paper Use in Hydraulic Fractuting Fluids / S. Tarek, M. Farrukh, G. Micheal, M. Brain, H. Brun // Exponent Journal 2012. - p. 2-13.
52. Thomilson, D. C. Problems in the assessment of heavy metals in estuaries and the formation of pollution index. / D. C. Thomlison, D. J. Wilson, C. R. Harris,
D. W. Jeffrey // Helgol. Wiss. Meeresunlter., - 1980. - p. 566.
53. Thompson, J. E. New continuous-mix process for gelling anhydrousmethanol minimize hazards. Society of Petroleum Engineers. JPT. July. SPE 22800^J
54. Wetzel, R. G. Lake and River Ecosystems (3rd ed.). San Diego, CA: Academic Press. /R. G. Wetzel //Limnology - 2001. - p. 7-48.
55. Yi. Ecological risk assessment of heavy metals in sediment and human health risk assessment of heavy metals in fishes in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin. / Yi, Y., Yang, Z. & Zhang, S. // Environmental of Science Pollution Journal. 159 - 2011. - p. 2575-2585.
Интернет источник
56. Brewer, R. Field Investigation of the Chemistry and Toxicity of TPH in Petroleum Vapours: Implications for Potential Vapour Intrusion Hazards. / R. Brewer, L. Balley, H. Nagashima // Hawai’i Department of Health. Hazard Evaluation and Emergency Response. Solid and Harzardous Waste Brunch. 2012. - p. 1-10. [Internet source]
Access mode: http://www.hawaiidoh.org/references/hdoh 2012c.pdf, free. -
Data acces, 2017.
57. Developing Your Stormwater Pollution Prevention Plan. United States
Environmental Protection Agency. Sediments. In Water: Pollution Prevention & Control. - 2014. p. 1-2. [Internet source] Access mode:
https://www3.epa.gov/npdes/pubs/sw_swppp_guide.pdf, free. - Data access
2017. ^
58. Ecology. PJSC Nizhnekamskneftekhim. [Internet source] Access mode: https://www.nknh.ru/en/about/ecology/ , free. -Date of access 2017./^^
59. Fox News. U.S. Environmental Protection Agency. Administrator Lmjaekson
Tells Congress “No Proven Cases Where Fracking Has Affected [Internet source] Access mode:
http://www.youtube.com/watch?v=L4RLzlcox5c., free. - Date of access 2017
60. Farrukh, M. U.S. Environmental Protection Agency, Climate Change State of Knowledge. / Tarek. S., Farrukh. M., Micheal. G., Brain. M., Brun. H. // United States Environmental Protection Agency. 1999. - p. 26-28. [Internet source] Access mode:
https://cfpub.epa.gov/si/si_public_record_Report.cfm?dirEntryID=9177, free. Data access 2017.
6lHolleman, M., The Lingering Lesson of the Exxon Valdez Spill. by the Seattle Times. 2004. [Internet source] Access mode:
https://web.archive.org/web/20100613042140/httpY/www.commondreams.org/ views04/0322-04.htm., free. - Date of access. 2017.
62. Jackie, W. Soot Polution 101. Centre for American Progress. / W. Jackie, M.
Susannah// 2012. -p. 1-4. [Internet source] Access mode:
https://www.americanprogress.org/issues/green/news/2012/08/10/12007/soot- pollution-101/, frree. - Data access, 2017.
63. Jackson, B. BJ services, [Internet source] Access mode:
http://bjservices.com/#map-container, free - Date of access 2017.
64. Kasper, D. L., et al. Medical Definition of Toxicity. Harrison’s Principles of Internal Medicine, 19th Ed. United States. [Internet source] Access mode: http://www.medicinenet.com/script/main/art.asp?articlekey=34093, free. - Date of access 2017.
65. Kuring, N. Sediment in the Gulf of Mexico. In NASA Earth Observatory. / N.
Kuring, H. Riebeek // - 2009. - p. 1. [Internet source] Access mode: https://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=38273, free . - Data
67. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. U.S Department of Health and Human Services Public Health service - 1996. 1995 - p. 1-2. [Intenet source] Access mode:
https://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp69.pdf, free. - Data access, 2017.
https: //cf^ube )a.gov/si/si_public_record_Report.cfm?dtiEntryID=9177, free. - Date of access^01l#
70. TATNEFT Group^ofXompanies. About TANECO. [Internet source] Acces mode: http://www.taneco.ru/en/about/index.php, free. - Date of access 2017.
71.Ott, T. A. PhD . Benzene Pollutants- a heath risk in Gulf BP Oil drilling disaster [Internet source] / А. T. Ott // Access mode: http ://www .laleva. org/eng/2010/05/benzene_pollution_-
2017.
72. Wastewater Toxicity Testing FAQ [Internet source] Access mode: http://www.biologylab.com , free. - Date of access 20.04.2017.
73. William, S. United States Advisory Board Consultation, Office of Science and
Technology /S. William // Developing water quality criteria for suspended and bedded sediments Article (SABS). - 2003 -p. 8 - 47. [Internet source] Access mode: https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-
10/documents/sediment-report.pdf, free. - Data access, 2017.