Способ определения массы нефтезагрязнений на единицу площади донных отложений водных объектов

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к аналитическому контролю содержания нефтезагрязнений в минеральных, органогенных и смешанных донных отложениях. Способ может использоваться при экологическом мониторинге загрязненных водных объектов, для оценки ущерба, нанесенного водному объекту, и для планирования очистных работ. Способ определения массы нефтезагрязнений на единицу площади донных отложений водных объектов включает отбор проб, высушивание пробы до воздушно-сухого состояния, экстракцию нефтепродуктов из донных отложений, хроматографическое отделение нефтепродуктов от сопутствующих органических соединений других классов, количественное определение нефтепродуктов по интенсивности поглощения в ИК-области спектра. По изобретению фиксируют площадь отбора пробы и общую массу донных отложений в каждой пробе, а содержание нефтезагрязнений на единицу площади донных отложений определяют по формуле Cs = С₀/ Sn = (Mn × (Сх - Cf))/(1000 × Sn), где Mn - масса всей пробы донных отложений из точки n; С₀ - масса нефтепродуктов во всей пробе донных отложений из точки n; Sn - площадь захвата орудием донных отложений при взятии пробы; Сх - массовая концентрация нефтепродуктов по результатам измерений; Cf - нормативная массовая концентрация нефтезагрязнений по установленным фоновым значениям либо по нормативу допустимого остаточного содержания нефтезагрязнений. Технический результат - повышение валидности определения нефтезагрязнений единичной площади донных отложений водных объектов за счет повышения точности измерений площади отбора проб и массы исследуемых донных отложений в водном объекте. 3 з.п. ф-лы.

 

Способ относится к области охраны окружающей среды, в частности к аналитическому контролю содержания нефтезагрязнений в минеральных, органогенных и смешанных донных отложениях. Способ может использоваться при экологическом мониторинге загрязненных водных объектов, для оценки ущерба, нанесенного водному объекту и для планирования очистных работ.

Загрязнение водоемов нефтью и нефтепродуктами является одной из самых больших экологических проблем современности. Нефть и нефтепродукты представляют собой смесь углеводородов с различной растворимостью в воде. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую - «нефть в воде» и обратную - «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0.5 мкм, менее устойчивы, характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности в виде тонкой нефтяной пленки. При соприкосновении с берегом и прибрежной растительностью нефтяная пленка оседает на них. В процессе распространения по поверхности воды легкие фракции нефти частично испаряются, растворяются, а тяжелые опускаются в толщу воды, оседают на дно и продолжают выделять токсичные компоненты, загрязняя донные отложения.

Известна «Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах» [1], по которой масса нефти, загрязняющей водные объекты, определяется суммированием массы растворенной и эмульгированной в воде нефти и массы пленочной нефти на поверхности водного объекта, рассчитанной на площадь водной поверхности.

Существенным недостатком данной методики является невозможность применения ее к донным отложениям, многоэтапность и сложность измерений, а также субъективная оценка характера поверхности воды и внешних признаков нефтяной пленки, по которой определяется масса нефти на площади метре водной поверхности, что приводит к неточностям измерений.

Выбор методики определения степени загрязнения водоема должен зависеть от цели исследования и конкретной ситуации на водном объекте. Важным аспектом суммарной оценки нефтяного загрязнения при проведении экологического мониторинга водных объектов является учет деградации нефтепродуктов во времени.

При хроническом загрязнении водных объектов, когда летучие компоненты уже испарились, более адекватную оценку нефтяного загрязнения можно получить, используя тонкослойную хроматографию. Для анализа донных отложений широко используются инфракрасный и люминесцентный методы в сочетании с тонкослойной или колоночной хроматографией по Методике федерального реестра ФР.1.31.2005.01512 [2].

При определении суммарной концентрации нефтепродуктов в донных отложениях предпочтение отдается универсальному методу, малочувствительному к составу нефти. Этому требованию в наибольшей степени удовлетворяет спектрофотометрический метод в ИК-области. Метод инфракрасной спектрометрии обладает слабой зависимостью аналитического сигнала от типа нефтепродукта, составляющего основу загрязнения пробы, характеризуется достаточно высокой чувствительностью, а также позволяет определять широкий спектр углеводородов, что делает его наиболее пригодным для целей экологического мониторинга водоемов.

Известна методика «Суммарное определение углеводородов нефти инфракрасной спектрофотомерией» [3], заключающаяся в определении суммарного содержания нефтяных углеводородов методом ИК-спектрометрии, в качестве растворителя применяется тетрахлорэтилен. Результаты измерений концентрации нефти С (мг/кг) рассчитывают по формуле:

C = (P × D × V) / W,

где P - показания прибора мг/мл; D - коэффициент разбавления экстракта; V - объем экстракта, мл; W - вес образца, кг.

Недостатком данной методики является отсутствие определенных указаний по отбору проб, недостаточно описаны этапы пробоподготовки, что является очень важным аспектом для получения валидных характеристик при работе с донными отложениями.

В качестве прототипа выбрана «Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в минеральных, органогенных, органо-минеральных почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии» [4]. Известный метод заключается в отборе проб, высушивании пробы до воздушно-сухого состояния, экстракции нефтепродуктов из донных отложений четыреххлористым углеродом, хроматографическом отделении нефтепродуктов от сопутствующих органических соединений других классов, количественном определении нефтепродуктов по интенсивности поглощения в ИК-области спектра.

Недостатками методики являются отсутствие в указаниях обязательной фиксации площади отбора проб и общей массы донных отложений в каждой пробе, как следствие выполнение расчетов, не принимающих во внимание данные величины.

Технической задачей предлагаемого способа является повышение валидности определения нефтезагрязнений единичной площади донных отложений водных объектов, что достигается за счет точности измерений площади отбора проб и массы исследуемых донных отложений в водном объекте.

Технический результат достигается за счет того, что в способе, включающем отбор проб, высушивание пробы до воздушно-сухого состояния, экстракцию нефтепродуктов из донных отложений, хроматографическое отделение нефтепродуктов от сопутствующих органических соединений других классов, количественное определение нефтепродуктов по интенсивности поглощения в ИК-области спектра, в отличие от прототипа, фиксируют площадь отбора пробы и общую массу донных отложений в каждой пробе, а содержание нефтезагрязнений на единицу площади донных отложений определяют по формуле

Cs = С₀/ Sn = (Mn × (Сх - Cf))/(1000 × Sn),

где Mn - масса всей пробы донных отложений в точке n, г;

С₀ - масса нефтепродуктов во всей пробе донных отложений из точки n, г;

Sn - площадь захвата орудием донных отложений при взятии пробы, м².

Сх - массовая концентрация нефтепродуктов по результатам измерений прибором, г/кг;

Cf - нормативная массовая концентрация нефтезагрязнений по установленным региональным фоновым значениям для данного типа донных отложений, либо по нормативу допустимого остаточного содержания нефтезагрязнений в донных отложениях, г/кг.

Общими с прототипом признаками являются: отбор проб донных отложений, высушивание пробы до воздушно-сухого состояния, экстракция нефтепродуктов из донных отложений, хроматографическое отделение нефтепродуктов от сопутствующих органических соединений других классов, количественное определение нефтепродуктов по интенсивности поглощения в ИК-области спектра.

Существенные отличительные признаки: при отборе проб донных отложений: производится обязательная фиксация площади отбора в точках.

В частном случае точная фиксация площади отбора может достигаться при использования орудий с известной площадью захвата. После стадии высушивания проб производят взвешивание всей пробы донных отложений Mn в каждой точке n отбора проб.

Заявленный способ может быть использован для обнаружения антропогенных загрязнителей. После проведения измерений содержания массовой концентрации нефтепродуктов в анализируемой пробе донных отложений Сх (г/кг) производят сравнение данного показателя с установленным региональным фоновым значением нефтезагрязнений для данного типа донных отложений, либо с нормативом допустимого остаточного содержания нефтезагрязнений Cf (г/кг). Если значение Сх превышает Cf, то в исследуемых донных отложениях с высокой вероятностью присутствуют антропогенные загрязнения.

Цитируемые источники

1. ФР.1.31.2005.01512 Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв и донных отложений пресных и морских водных объектов. Ростов-на-Дону: ФГУП «АзНИИРХ», 2004. 13 с. ФР.1.29.2012.12493 Методика измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв и донных отложений пресных и морских водных объектов люминесцентным методом. Ростов-на-Дону: ФГУП «АзНИИРХ», 2012. 18 с.

2. Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах. Утв. Минтопэнерго РФ от 01.11.95 http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_97008/

3. Method 8440 (Total recoverable petroleum hydrocarbons by infrared spectrophotometr). 1996 https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-12/documents/8440.pdf)

4. ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 http://www.gostrf.com/normadata/1/4293831/4293831615.pdf.

1. Способ определения массы нефтезагрязнений на единицу площади донных отложений водных объектов, включающий отбор проб, высушивание пробы до воздушно-сухого состояния, экстракцию нефтепродуктов из донных отложений, хроматографическое отделение нефтепродуктов от сопутствующих органических соединений других классов, количественное определение нефтепродуктов по интенсивности поглощения в ИК-области спектра, отличающийся тем, что фиксируют площадь отбора пробы и общую массу донных отложений в каждой пробе, а содержание нефтезагрязнений на единицу площади донных отложений определяют по формуле

Cs = С₀/ Sn = (Mn × (Сх - Cf))/(1000 × Sn),

где Mn - масса всей пробы донных отложений из точки n, г;

С₀ - масса нефтепродуктов во всей пробе донных отложений из точки n, г;

Sn - площадь захвата орудием донных отложений при взятии пробы, м²;

Сх - массовая концентрация нефтепродуктов по результатам измерений прибором, г/кг;

Cf - нормативная массовая концентрация нефтезагрязнений по установленным региональным фоновым значениям для данного типа донных отложений, либо по нормативу допустимого остаточного содержания нефтезагрязнений в донных отложениях, г/кг.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отбор проб донных отложений производят орудием с точно известной площадью захвата.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после высушивания проб до воздушно-сухого состояния производится взвешивание массы донных отложений для каждой точки отбора проб.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сравнивают результаты количественного определения нефтепродуктов Сх (г/кг) с нормативной массовой концентрацией нефтезагрязнений Cf (г/кг), и при Сх>Cf делают вывод о возможном наличии антропогенного загрязнения.