Особенности нефтезагрязнения природных геосистем Западной Сибири (стр. 1 из 2)

Б.А.Бачурин, Л.М.Авербух, Т.А.Одинцова

Значительные масштабы органических соединений, поступающих в окружающую природную среду при освоении нефтегазовых ресурсов, приводят к тому, что данный вид загрязнения становится приоритетным для многих районов нефтедобычи. Это характерно и для Западно-Сибирского региона, где вследствие малой минерализации попутно добываемых вод засоление природных геосистем носит незначительные масштабы и основную роль в техногенных потоках рассеяния загрязняющих веществ играют органические поллютанты. Наряду с аварийными ситуациями (выбросы из скважин, порывы нефтепроводов, разгерметизация резервуаров и т.п.), обуславливающих, как правило, значительные масштабы нефтезагрязнения окружающей среды, утечки органических поллютантов за пределы промплощадок происходят и при "нормальной" эксплуатации нефтепромысловых объектов.

Основными особенностями природных геосистем Западной Сибири, определяющими условия поступления, распространения и трансформации нефтяных загрязнений в районах нефтедобычи являются:

- преимущественно песчаный состав почво-грунтов, характеризующихся низкими сорбционными способностями и благоприятными условиями для проникновения поллютантов в гидросферу;

- значительная заболоченность территории и наличие многочисленных полузамкнутых водоемов, характеризующихся низкими скоростями водообмена;

- широкое развитие мощных торфяных отложений, играющих роль своеобразного геохимического барьера в распространении техногенных потоков рассеяния поллютантов и являющихся источником поступления в гидросферу широкого спектра природных органических соединений.

Для выяснения особенностей органического загрязнения природных геосистем в условиях Западной Сибири в 1997 году на ряде месторождений Сургутского района были выполнены следующие виды исследований:

· оценка современного уровня органического загрязнения природных геосистем (почв, вод, донных отложений) в районах нефтепромысловых объектов с различным сроком эксплуатации;

· оценка возможных масштабов поступления в водную среду органических поллютантов на основе лабораторного моделирования систем "нефть - вода", "порода - вода".

В настоящее время при оценке уровня органического загрязнения природных геосистем обычно используются 3-4 интегральных показателя: нефтепродукты (НП) или углеводородный индекс; фенолы или фенольный индекс; легкая ароматика (бензол, толуол, ксилолы); полициклическая ароматика (прежде всего, 3,4-бензпирен). Наиболее широко используется контроль за содержанием нефтепродуктов, под которыми понимается сумма неполярных и малополярных соединений, экстрагируемых гексаном или петролейным эфиром [2,3]. Не останавливаясь подробно на недостатках методик, используемых для определения данных соединений, отметим лишь, что практически ни одна из них не позволяет разделить органические соединения по их происхождению - природные (присутствующих до загрязнения) или техногенные (привнесенные нефтяным потоком).

Вторым недостатком используемых методических подходов при оценке природы органического загрязнения является подмена понятием "нефтепродукты" всего комплекса ОВ, поступающих в природные воды в результате нефтяного загрязнения. Углеводородные соединения являются наименее стойкими в аэробных условиях компонентами нефтяного загрязнения. Разрушение данных структур при фазово-миграционных преобразованиях и биохимической деградации нефти сопровождается накоплением полярных смолисто-асфальтеновых фракций, которые в понятие НП не входят. Вместе с тем, по некоторым данным [4,5] эти соединения обладают большей токсичностью, чем сами нефти.

В связи с вышеизложенным, при оценке уровня органического загрязнения природных геосистем, наряду с контролем за концентрацией нефтепродуктов, производилось определение содержания битумоидов, извлекаемых хлороформом (ХБА), и исследование их состава методами инфракрасной спектроскопии (ИКС), тонкослойной (ТСХ) и газожидкостной (ГЖХ) хроматографии. Параллельно проводилось определение полициклической ароматики (3,4-бензпирен), а в водах и водных вытяжках - летучих фенолов. Общая схема анализа приведена на рис.1.

Рис.1. Схема анализа органических соединений (Примечание: схема заменена на более поздний вариант).

Как показало исследование проб воды, отобранных из поверхностных водоемов в районе нефтепромысловых объектов, они характеризуются относительно невысокими концентрациями аквабитумоидов (0.73-5.55 мг/л) и нефтепродуктов (0.03-0.5 мг/л). Повышенное содержание аквабитумоидов (>2.0 мг/л) зафиксировано в 20% исследованных проб, превышение ПДК по нефтепродуктам (0.3 мг/л) - в 16%.

По данным ГЖХ в составе метано-нафтеновой фракции, содержание которой в аквабитумоидах колеблется в пределах 65-78%, преобладают высокомолекулярные н-алканы С24-25 (53-60%) при подчиненной роли УВ С16-20 (14-30%) (рис.2). Максимальное содержание низкомолекулярных н-алканов фиксируется в пробах, несущих признаки органического загрязнения (ХБА - 2.7-5.5 мг/л, НП - 0.44-0.5 мг/л).

Рис.2. Распределение н-алканов в МНФ аквабитумоидов:

№ 59 - фоновая проба (ХБА - 0.91 мг/л, НП - 0.15 мг/л);

№ 97 - загрязненная проба (ХБА - 4.93 мг/л, НП - 0.44 мг/л).

Природа высоких концентраций фенолов (0.08-0.20 мг/л), зафиксированных во всех исследованных пробах, требует дополнительного выяснения. Не исключено, что это может быть связано с недостатками принятых методик идентификации фенольных соединений и отражает присутствие других органических веществ природного происхождения, близких к ним по физико-химическим свойствам.

Анализ почво-грунтов и донных отложений показал, что при отсутствии визуальных признаков нефтезагрязнения наиболее высокое содержание органических соединений характерно для проб, представленных торфяными отложениями (среднее содержание ХБА - 16.2 г/кг, максимальное - 51.4 г/кг), что связано как с их высокой сорбционной способностью, так и с присутствием сингенетичной органики.

Песчаные отложения характеризуются более низким уровнем содержания битумоидов (в среднем 1.43 г/кг). Битумоиды почво-грунтов, особенно торфяники, характеризуются значительной окисленностью: содержание смолисто-асфальтеновой фракции колеблется в пределах 52-90%, а доля нефтепродуктов в составе ХБА не превышает 10-14%. По данным ГЖХ в составе битумоидов отмечается преобладание высокомолекулярных н-алканов С24-34 - 55-93% (в отдельных пробах торфа на углеводороды С30, С32 приходится до 69% н-алканов) (рис.3).

Рис.3. Распределение н-алканов в МНФ битумоидов, выделенных из торфа.

Подобный состав битумоидов обусловлен, по всей вероятности, интенсивной микробиологической трансформацией органических соединений, в том числе и нефтяного типа, в поверхностных условиях, приводящей к их биодеградации - окислению низкомолекулярных соединений и появлению серии высших углеводородов [1]. С этими же процессами связано, по видимому, повышенное содержание в почво-грунтах полициклической ароматики: превышение ПДК по 3,4-бензпирену (20 мкг/кг) отмечено в 37% исследованных проб..

Несколько иной характер структуры н-алканов отмечается в случае аномально высокого нефтезагрязнения почв (ХБА - 160-250 г/кг, НП - 95-205 г/кг), фиксируемого даже визуально: отмечается повышенное содержание низкомолекулярных н-алканов С13-20 - 33-50% (основной максимум приходится на С18); влияние процессов биодеградации носит более слабый характер - появление подчиненных максимумов в области С24-28, в отдельных пробах появляются углеводороды С32-36 (рис.4).

Рис.4. Распределение н-алканов в МНФ битумоидов, выделенных из нефтенасыщенных песчаных грунтов.

Очаги органического загрязнения почв и поверхностных вод имеют локальный характер и фиксируются лишь на участках, непосредственно примыкающих к площадкам нефтепромысловых объектов.

Результаты моделирования взаимодействия нефтей (различной степени окисленности) с водой (дистиллят) показали, что кратковременный контакт (1 час) приводит к переходу в водную фазу битуминозных веществ (ХБА - 2.2 -15.7 мг/л), в составе которых нефтепродукты занимают, как правило, подчиненную роль - 25-34% (0.8-4.7 мг/л) (табл.1). По данной ТСХ в составе битумоидов водной вытяжки отмечается более низкое, по сравнению с нефтями, содержание метано-нафтеновой (на 3-35%) и нафтено-аромати-ческой (на 5-12%) фракций и возрастание содержания смолисто-асфальтено-вых веществ (до 34-60%). Повышение содержания кислород- и гетеросодержащих веществ фиксируется и по данным ИК-спектроскопии.

Контакт с нефтями приводит к сверхнормативному загрязнению вод полициклической ароматикой (содержание 3,4-бензпирена в водных вытяжках - 0.006-0.02 мкг/л) и фенолами (0.03-0.04 мг/л). Увеличение времени контакта (1 месяц) приводит к снижению уровня органического загрязнения вод: содержание аквабитумоидов - 1.7-7.3 мг/л, нефтепродуктов - 0.07-0.85 мг/л (4-19% от ХБА).

Таблица 1

Результаты анализов водных вытяжек из нефтей на содержание органических соединений

Водные вытяжки из нефтей
Контакт 1 час					Контакт 1 месяц
Вид нефти	БП, мкг/л	ХБА, мг/л	НП, мг/л	НП/ХБА %	БП, мкг/кг	Фенолы, мг/л	ХБА, мг/л	НП, мг/л	НП/ХБА %
Пластовая нефть	2648,7	3,36	2,20	65	0.01	0.03	-	-	-
Окисленные нефти с факельных площадок	5343,7	10,56	2,6	25	0,01	0,03	1,97	0,08	4
	13683,0	9,61	2,4	27	0,02	0,04	7,28	0,42	6
	7730,5	15,74	4,7	30	0,006	0,03	5,22	0,85	16
	3233,0	2,21	0,8	34	0,01	0,04	1,74	0,07	4

Таблица 2