Загрязнение нефтепродуктами является одной из важных составляющих глобальной проблемы загрязнения окружающей среды. Существенные объемы добычи и потребления ископаемых по всему миру неизбежно связаны с загрязнением питьевых, природных и сточных вод фракциями нефти в больших масштабах. При возникновении чрезвычайных ситуаций нефтепродукты быстро распространяются в водной среде и активно взаимодействуют с ней, что пагубно влияет на жизнедеятельность всех живых организмов. За последние 20 лет по всему миру произошло не менее 10 крупных катастроф, в результате чего в Мировой океан попало более 20 млн. тонн нефти. Во время штатных танкерных операций в водную среду утекает до 36 тысяч тонн нефти в год. [10] Нельзя недооценивать опасность такого загрязнения. Необходимо регулярно разрабатывать мероприятия по предотвращению и уменьшению последствий таких ситуаций, в частности:
- снижать выбросы нефтегазодобывающих и нефтегазоперерабатывающих предприятий;
- использовать безотходные технологии в промышленности;
- избегать чрезвычайных ситуаций на производствах;
- очищать сбрасываемые сточные воды и тщательно перерабатывать отходы;
- исключать бытовые выбросы отходов в окружающую среду.
Данные мероприятия позволяют существенно минимизировать вред, который наносит добыча полезных ископаемых мировой водной экосистеме.
Нефть известна человечеству с давних времен, когда она еще имела название «горного масла» (английское название Petroleum, происходящее от греческого πέτρα -«камень» и латинского oleum — «масло»). Еще в древнем Вавилоне, асфальт как продукт окисления нефти обширно использовали в строительстве для создания стен и башен, а в Греции и Византии нашли применение ее горючим свойствам и открыли знаменитый греческий огонь. С 19 века производимый из нефти керосин стали использовать в керосиновых лампах, позже появились двигатели внутреннего сгорания. В древнем Египте нефть использовалась для бальзамирования, в Персии - для смоления лодок и кладки кирпичей, а в древнем Риме – для освещения домов и городских улиц. В многочисленных источниках упоминается, что первую промышленную эксплуатационную скважину построил в 1858 году Элвин Дрейк в городе Тайтусвилл. Скважина производительностью всего 25 баррелей в сутки позволила добывать нефть с глубины 21 метра. Первая же разведочная скважина глубиной 21 метр была построена под руководством инженера Василия Семенова недалеко от города Баку.
Нефть является одним из самых важных и незаменимых энергетических ресурсов в мировой нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Она представляет собой маслянистую горючую жидкость, чаще всего коричневого цвета с зеленоватым или черным оттенком, имеющую резкий специфический запах. Обладает очень высокой энергоемкостью, плотностью энергии и удобством при транспортировке.
По своему химическому составу нефть – это сложная смесь большого числа разнообразных индивидуальных веществ, подавляющим большинством которых являются жидкие углеводороды, содержащие в своей молекуле от 1 до 40 атомов углерода (алканы, циклоалканы). Гетероатомные органические соединения (сернистые, азотистые и кислородные смолы) составляют порядка 5% от всего состава. Кроме того, в нефти присутствуют летучие ароматические углеводороды (толуол, ксилол, бензол), нафталин, некоторые металлы, газы и ряд других веществ. [1] Нефтепродукты же представляют из себя смеси углеводородов или индивидуальные химические соединения, которые получают путем первичной переработки нефти и нефтяных газов.
Определить нефтепродукт на первый взгляд и отличить его от любого другого вещества не составит особого труда. Неорганические смазки, топлива, растворители, масла, горючие вещества, красители, каучуки, любые виды пластика и резины – все это нефтепродукты, полученные путем первичной или вторичной переработки нефтяного сырья. Продукты вторичной переработки нефти считаются косвенными нефтепродуктами. Пожаровзрывоопасность нефтепродуктов характеризуется способностью смесей их паров с воздухом воспламеняться и взрываться.
Существует несколько различных классификаций нефтепродуктов:
1) По степени прозрачности:
- светлые нефтепродукты (дизельное топливо, бензин, керосин);
- темные нефтепродукты (гудрон, мазут, битум, моторное топливо).
2) По относительной атомной массе:
- легкие (температура кипения ниже 220℃);
- тяжелые (температура кипения выше 220℃).
3) По агрегатному состоянию:
- газообразные;
- жидкие;
- твердые.
4) По классу опасности веществ в зависимости от температуры вспышки:
- I класс (температура вспышки менее 28 ℃) - бензин;
- II класс (температура вспышки от 28℃ до 61 ℃) – керосин;
- III класс (температура вспышки от 61℃ до 120 ℃) – дизельное топливо, мазут;
- IV класс (температура вспышки более 120 ℃) – масло, битум, парафин.
5) По специфике применения:
- топлива (бензин, керосин, дизельное топливо);
- растворители (ацетон);
- смазочные материалы (масла, смазки, эмульсии);
- нефтехимическое сырье (битум, асфальт). [2]
С каждым днем потребность в нефти и ее продуктах для человека существенно возрастает в связи с быстрым и бурным развитием мировой химической и нефтехимической промышленности.
Источники загрязнения водной среды нефтяными углеводородами
Нефть и ее производные являются экологически опасными веществами и попадают в окружающую водную среду не только вследствие бурной деятельности человека, но и благодаря естественным природным и экологическим процессам. Извержения вулканов и землетрясения в местах расположения обширных нефтегазовых бассейнов способствуют смещению тектонических плит, началу движения нефтяных потоков по прилегающим территориям и попаданию их в водоемы. [3]
При растекании пленки нефти по водной поверхности она образует слой углеводородов различной толщины, покрывающий большие поверхности. К примеру, 15 тонн мазута в течение 6-7 суток растекается, покрывая поверхность около 20 кв. км. плотным слоем. Часть пленки из нефтепродуктов испаряется, часть ее полностью растворяется в воде, а остальное оседает и накапливается на дне водоемов, что наносит непоправимый вред всему живому на Земле, в том числе человеку. [1]
Токсичное действие нефтепродуктов на жизнь и здоровье человека
Нефть и нефтепродукты могут содержать вредные вещества, которые приводят к серьезным и опасным последствиям для жизни и здоровья человека, причем степень их токсичности обуславливается количеством и сочетанием углеводородов в соединении. Всего 2 грамма нефти в килограмме почвы делает ее полностью непригодной для существования растений и микроорганизмов, а 1 литр разлитых в водном пространстве нефтепродуктов убивает морских обитателей в 40 тысячах литров воды, полностью лишая их необходимого для жизнедеятельности кислорода. [9]
Нефть в организм человека может попасть как путем вдыхания воздуха, содержащего ядовитые пары, так и при попадании в организм питьевой воды из загрязненного нефтепродуктами источника. Высокие же концентрации углеводородов в крови способны вызывать не только токсическое, но и наркотическое, канцерогенное и мутагенное воздействие на человеческий организм. Попадание в организм человека нефти может вызвать состояние, которое схоже по ощущениям с состоянием сильного алкогольного опьянения.
Употребление человеком загрязненной нефтяными составляющими питьевой воды может привести к заболеваниям полости рта, проблемам с желудочно - кишечным трактом, серьезным отравлениям, нарушениям со стороны эндокринной, нервной, дыхательной и сердечно – сосудистой систем, возникновению злокачественных опухолей, сильным головным болям и головокружениям, аллергическим реакциям, резкому снижению показателей крови. [1]
Для комфортной жизнедеятельности человека особенно важно не допускать попадания нефтепродуктов в источники питьевых вод и регулярно контролировать в них концентрацию недопустимых и опасных для жизни и здоровья веществ.
Отбор проб питьевой воды для определения содержания в ней нефтепродуктов
Отбор проб для определения концентрации нефтепродуктов в питьевой воде проводят согласно ГОСТ Р 59024 «Вода. Общие требования к отбору проб» и ГОСТ Р 56237 «Вода питьевая. Отбор проб на станциях водоподготовки и в трубопроводных распределительных системах» в специально подготовленную и промаркированную заранее тару после проведения следующих мероприятий:
- все насадки и приспособления с крана подачи воды подлежат обязательному удалению, поверхность крана механически очищается щетками и ершами;
- при закрытом кране горячего водоснабжения вода из крана холодного водоснабжения сливается в течение не менее 10 минут до достижения постоянной температуры воды;
- измерения температуры при этом проводятся в падающей струе (допустимо измерение в специальной таре с маркировкой «Т℃» при невозможности определения в струе);
- постоянной температурой при этом считается температура, которая в течение 1 минуты изменяется менее чем на 1℃;
- при наличии осадка в падающей струе или температуре воды выше 20℃ воду требуется сливать в течении не менее 30 минут;
- работы по отбору проб проводятся только в том случае, если температура после слива воды находится в диапазоне от 4℃ до 20℃, в противном случае работа не осуществляется;
- с момента начала слива воды из крана холодного водоснабжения до окончания отбора проб кран выдерживают открытым при неизменной скорости водного потока. [4]
Емкость для отбора проб на нефтепродукты предварительно перед отбором запрещается ополаскивать анализируемой водой. Заполняется тара медленно до перелива с избытком, затем немедленно закрывается крышкой, после чего отобранная проба проверяется на отсутствие в ней пузырьков воздуха. Тара для определения концентрации нефтепродуктов должна быть изготовлена из химически стойкого темного стекла, объем отбираемой пробы должен составлять приблизительно 100 см3 (допустимы вариации от 80 до 150 см3). Категорически не допускается попадание пленки нефтепродуктов в отбираемую пробу.
После отбора, проба упаковывается, маркируется, пломбируется и транспортируется в лабораторию. Проба может храниться в закрытой таре не более 8 часов, при температуре не выше 4℃ - не более 4 суток.
Флуориметрический метод определения концентрации нефтепродуктов в питьевой воде
Флуориметрический метод определения содержания нефтепродуктов основан на их экстракции гексаном из пробы воды, при необходимости очистке экстракта, измерении массовой концентрации нефтепродуктов с помощью градуировочной характеристики, заложенной в память анализатора, и вычислении массовой концентрации нефтепродуктов в анализируемой пробе. Измерения проводятся в диапазоне значений от 0,005 мг/дм3 до 50 мг/дм3 включительно. Преимуществами данного метода определения нефтепродуктов являются высокая чувствительность и экспрессность анализа.
Концентрация нефтепродуктов в любой воде, кроме технической, не должна превышать 0,1 мг/дм3, согласно требованиям СанПиН 1.2.3685-21 (Таблица 3.3 «Обобщенные показатели качества различных видов вод, кроме технической воды»). [6]
Настоятельно рекомендуется использовать отдельный набор посуды, который применяется только для определения нефтепродуктов. При подготовке к анализу лабораторную посуду для определения нефтепродуктов разрешается мыть только концентрированной серной кислотой, а для мытья кювет используется ацетон или гексан. Запрещается смазывать шлифы и краны делительной воронки всеми видами смазок. Кроме того, посуда перед анализом проверяется на чистоту, для чего она ополаскивается гексаном, который затем сливается в кювету прибора для измерения остаточной массовой концентрации нефтепродуктов в гексане. Посуда пригодна для анализа только в том случае, если получившееся значение концентрации составляет не более 0,05 мг/дм3.
Питьевые воды считаются водами с низким содержанием мешающих веществ, поэтому флуориметрический метод измерения массовой концентрации нефтепродуктов сводится к проведению экстракции (интенсивного встряхивания) нефтепродуктов из анализируемых проб гексаном в течение 1 - 3 минут без дополнительной очистки экстракта и к измерению в верхнем органическом слое искомого содержания нефтепродуктов. При этом контролируется коэффициент пропускания раствора Т (%), значение которого выводится на дисплее прибора одновременно с результатом измерения. При значениях коэффициента пропускания менее 70% и при значениях массовой концентрации нефтепродуктов в экстракте более 10 мг/дм3 проводится разбавление получившегося экстракта не более, чем в 50 раз. Проба воды анализируется полностью, отбор аликвотной порции не допускается.
ГБУ «Центр экспертиз, исследований и испытаний в строительстве» (далее по тексту ГБУ «ЦЭИИС») по заказу Комитета государственного строительного надзора г. Москвы, регулярно проводит оценку соответствия качества питьевой воды, подаваемой в помещения жилых, общественных и производственных зданий и сооружений. Одним из важных контролируемых показателей является определение содержания нефтепродуктов в воде. За 2023 год специалисты ГБУ «ЦЭИИС» провели отбор и последующий анализ более 100 проб питьевой воды и не обнаружили превышений ПДК (предельно допустимых концентраций) нефтепродуктов.
Выводы
Невозможно недооценивать важность добычи и использования нефти и продуктов ее переработки в современной химической и нефтехимической промышленности. Огромное количество необходимых для комфортной жизнедеятельности веществ и соединений синтезировано человеком из нефти и используется им каждый день в повседневной жизни. Но не стоит забывать об экологической и токсической составляющей данного вопроса и не допускать попадания избыточной концентрации нефтепродуктов в объекты окружающей среды, в том числе в воду, предназначенную для употребления человеком.
В связи с постоянным ростом территорий города Москвы, масштабным увеличением объемов современного строительства и появлением огромного числа новых строительных площадок в московском регионе ГБУ «ЦЭИИС» по заказу Комитета государственного строительного надзора регулярно выезжает на объекты капитального строительства с целью контроля качества воды по 25 показателям (включая нефтепродукты) в питьевых водах, подаваемых в помещения жилых, общественных и производственных зданий и сооружений.
Являясь очень опасными и токсичными веществами, нефтепродукты наносят непоправимый вред не только природе, но и городской среде. Очень важно следить за их содержанием в окружающем мире и принимать своевременные меры по устранению выявленных загрязнений. Все в руках самого человека. При адекватном использовании природных ресурсов и ответственном человеческом отношении всегда возможно избежать проблем с экологией в городе и сохранить здоровье всего населения.
Список литературы
1. Реферат от 16.05.2014 г. «Токсичность нефти и нефтепродуктов, опасность обращения с ними», Библиофонд, электронная библиотека студента, https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=726403,
2. Статья «Особенности и виды нефтепродуктов», Международная группа компаний АЗС «Комплект», https://www.azsk74.ru/news/osobennosti-i-vidy-nefteproduktov/,
3. Статья «Источники загрязнения водной среды нефтяными углеводородами», https://rcycle.net/ekologiya/gidrosfera/zagryaznenie-nefteproduktami-istochniki-prichiny-puti-resheniya-problemy,
4. ГОСТ Р 56237 -2014 (ИСО 5667-5:2006), «Вода питьевая. Отбор проб на станциях водоподготовки и в трубопроводных распределительных системах», Москва, Стандартинформ, 2016 г.,
5. ГОСТ Р 59024-2020, «Вода. Общие требования к отбору проб», Москва, Российский институт стандартизации, 2023 г.,
6. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» от 28.01.2021 г.,
7. М.М. Судо, Р.М. Судо «Нефть и углеводородные газы в современном мире», 2008г.,
8. Гольберг В.М., В.П. Зверев, А.М. Арбузов и др. «Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологические последствия», Москва: Наука, 2001 г.,
9. Н.Ф. Маркизова, А.Н. Гребенюк, В.А. Башарин «Токсикология нефтепродуктов», 2003 г.,
10. Статья «Мониторинг нефтяных загрязнений акваторий морей и океанов», Геопространственное агенство «Иннотер»,
https://innoter.com/articles/monitoring-neftyanykh-zagryazneniy-akvatoriy-morey-i-okeanov/.
Статью подготовила:
Инженер Отдела санитарно – экологического и
радиационного контроля ГБУ «ЦЭИИС» Курепова А.А.