Оценка экологического состояния реки Черная в условиях сброса сточных вод нефтеперерабатывающего завода
Оценка экологического состояния реки Черная в условиях сброса сточных вод нефтеперерабатывающего завода
Аннотация
В данной статье представлена оценка экологического состояния реки Черная, в которую осуществляется сброс сточных вод крупного нефтеперерабатывающего предприятия. В рамках исследования была проведена оценка текущего экологического состояния реки по гидрохимическим параметрам. Анализ химического состава воды был проведен в шести различных точках на всей протяженности реки. Работа включала анализ содержания металлов, нефтепродуктов, фенольных соединений и анионных поверхностно-активных веществ в воде и донных отложениях. Отражен вклад предприятия в загрязнение водной экосистемы. Результаты свидетельствуют о необходимости принятия мер для снижения воздействия сточных вод на экологическое состояние реки.
1. Введение
В последнее время повышенное внимание уделяется химическому составу сточных вод, которые образуются в результате деятельности нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ)
. Такие сточные воды содержат большое количество разнообразных токсинов, таких как органические соединения, нефтепродукты, масла и жиры, и являются серьезным источником загрязнения водной экосистемы . Согласно отчету Управления энергетической информации (EIA) за 2019 год, глобальное потребление нефти в 2018 году достигло уровня в 99,93 миллиона баррелей в день, что свидетельствует о ежедневном образовании приблизительно 6500 миллионов литров сточных вод, производимых нефтеперерабатывающими заводами , . В связи с этим возрастает необходимость контроля сброса сточных вод для предотвращения повышенной нагрузки на экосистемы водных объектов , , а также своевременного и полноценного контроля техногенных преобразований гидроэкосистем.В Российской Федерации (РФ) функционирует порядка 40 крупных НПЗ с годовым объемом переработки свыше 1 миллиона тонн, а также значительное количество малых НПЗ. Медленные темпы модернизации заводов и замены устаревшего оборудования способствуют возникновению экологических проблем на различных территориях
, . Река Черная является одной из малых рек, которые длительное время подвергаются загрязнению в результате деятельности промышленного предприятия. В отчетах о состоянии окружающей среды река характеризуется как загрязненная . В настоящее время система объективного контроля последствий сбросов загрязняющих веществ в промышленности остается недостаточно развитой. В результате, водные объекты в зоне влияния НПЗ, загрязняются недостаточно очищенными сточными водами .На промплощадке рассматриваемого НПЗ организованный сброс сточных вод осуществляется через 2 выпуска в реку Черная, являющуюся притоком реки Волхов.
Выпуск №1 – расположен в 2,7 км от устья реки Черная (створ впадения ручья Росох). Сброс производится в период весеннего половодья и осуществляется из прудов-накопителей. Из прудов стоки системой каналов отводятся в естественное русло ручья Росох, по которому поступает в р. Черную. Ручей Росох – пересыхающий ручей, безводный в сухое время года, что подтверждает многолетние наблюдения. Выпуск №1 в р. Черную классифицируется как сосредоточенно береговой.
Выпуск №2 – находится в 1,15 км от устья в р. Черную. Выпуск сосредоточенно береговой, диаметр труб 700 мм. Сброс производится в течение всего года. Объем сброса непостоянен.
Дискретность сброса сточных вод снижает ценность стандартных гидрохимических обследований водотока. Как правило, в таких случаях, последствия «залповых» воздействий на экосистему реки постепенно накапливаются и могут быть актуально оценены только исследованием химического состава донных отложений.
2. Материалы и методы
Киришский район находится в южной части Ленинградской области, на правом берегу реки Волхов, в 115 километрах к юго-востоку от города Санкт-Петербург. Площадь района равна 2900 км2.
Река Черная (приток реки Волхов) протекает в 7 километрах севернее от города Кириши. На левом берегу реки располагается предприятие КИНЕФ, которое сбрасывает сточные воды. В данном исследовании отбирали пробы вдоль реки Черной и ее притоков с целью оценки степени воздействия предприятия на ее экологическое состояние. Для этого были выбраны 6 точек отбора проб. На рисунке 1 представлена карта с указанием местоположения всех выбранных точек.
Рисунок 1 - Карта отбора проб воды и донных отложений:
1 – фоновая точка; 2 – р. Росох (приток р. Черная); 3 – среднее течение р. Черная; 4 – р. Жалень (приток р. Черная); 5 – автодорожный мост; 6 – устье р. Черная
Отбор проб донных отложений производили в соответствии с ГОСТ 17.1.5.01-80
. Для пробоотбора в точке 5 использовали дночерпатель Ван-Вина, в остальных донные отложения отбирались в прибрежной зоне на максимально доступной глубине. Для объективности оценки химического состава в каждой точке проводилось пять пробоотборов и готовилась объединенная проба. Донные отложения высушивались до воздушно-сухого состояния, измельчались в фарфоровой ступе до однородного состояния и просеивались через сито с диаметром ячеек 1 мм. Далее в донных отложениях определялось содержание металлов по ГОСТ 33850-2016 и содержание АПАВ по методике .Также была оценена миграционная способность металлов по методике РД 52.18.289-90
. В соответствии с методикой, делали ацетатно-аммонийную вытяжку с pH 4,8. Вытяжка приготавливалась в течение 1 суток, после пропускались через фильтр. Химический состав вытяжек определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Полученные значения пересчитывали на навеску донных отложений (3 грамма). Затем переводили в процент от валового содержания, основываясь на данных РФА. Таким образом, миграционную активность оценивали путем определения концентрации высвобождаемых в водную среду металлов под воздействием ацетатно-аммонийной вытяжки, в сравнении с их содержанием в донных отложениях.3. Результаты и обсуждение
По результатам анализа воды, проведенного методом ААС (таблица 1), были выявлены превышения нормативов по содержанию железа, алюминия, марганца и кадмия. Как правило, концентрации металлов снижаются по течению реки, но даже в устье значения остаются достаточно высокими. Согласно полученным данным, источником поступления алюминия и железа в воду является ручей Росох, через который сбрасываются сточные воды.
Таблица 1 - Химический состав воды, определенный методом ААС
№ п/п | Т.1, мг/л | Т.2, мг/л | Т.3, мг/л | Т.4, мг/л | Т.5, мг/л | Т.6, мг/л | ПДК, мг/л |
Координаты точек отбор | 59.512534, 32.111227 | 59.510874, 32.109186 | 59.512063, 32.103915 | 59.512836, 32.095600 | 59.516741, 32.079268 | 59.517591, 32.064932 | – |
Fe2+ | – | 0,89 | 0,79 | 0,28 | 0,55 | 0,31 | 0,1 |
Al | – | 1,0 | 1,0 | – | 0,49 | 0,35 | 0,04 |
Cd | 0,0140 | – | 0,0061 | 0,0130 | 0,0084 | 0,0085 | 0,005 |
Mn2+ | – | 0,012 | 0,010 | 0,014 | 0,0078 | 0,0022 | 0,01 |
Ca2+ | 5,5 | 1,5 | 2,1 | 5,1 | 3,2 | 4,1 | 180 |
Na+ | 69 | 0,65 | 9,2 | 12 | 18 | 7,4 | 120 |
K+ | 0,34 | 0,046 | 0,094 | 0,19 | 0,15 | 0,14 | 50 |
Mg2+ | 1,20 | 0,32 | 0,46 | 1,0 | 0,68 | 0,77 | 40 |
Содержание кадмия незначительно превышает допустимые значения во всех точках, за исключением 2, где он не был обнаружен. При этом наиболее высокое значение относится к фоновой точке. Представляется наиболее вероятным, что, с учетом преобладающего направления ветра, высокое содержание кадмия в верхнем течении реки является следствием аэротехногенного переноса с выбросами НПЗ. Однако это предположение требует проверки. Другие катионы во всех пробах присутствовали в концентрациях, не превышающих нормативы.
Результаты химического анализа донных отложений показывают их высокую способность аккумулировать металлы (таблица 2). Анализируемые элементы были выбраны ввиду более вероятного их содержания в сточных водах НПЗ.
Таблица 2 - Содержание металлов в донных отложениях и их миграционная способность МА
№ п/п | Т.1, мг/кг | Т.2, мг/кг | Т.3, мг/кг | Т.4, мг/кг | Т.5, мг/кг | Т.6, мг/кг | MA (min-max), % |
Fe2+ | 27000 ± 500 | 10300 ± 300 | 7169 ± 240 | 24500 ± 500 | 16700 ± 400 | 10900 ± 300 | 2,31-4,74 |
Mn2+ | 445,0 ± 101,4 | 322,9 ± 77,0 | 101,7 ± 53,6 | 320,6 ± 90,5 | 322,1 ± 82,1 | 509,3 ± 91,8 | 0,33-0,77 |
Zn2+ | 41,5 ± 16,8 | 21,2 ± 12,7 | 27,4 ± 13,0 | 67,5 ± 18,6 | 57.6 ± 16.5 | 49,0 ± 15,4 | 1,07-3,27 |
Cu2+ | 36,5 ± 20,5 | - | - | 33,4 ± 20,1 | - | 47,4 ± 19,4 | 3,32-9,82 |
Анализ таблицы 2 показывает, что пространственное распределение металлов в донных отложениях отличается от распределения в толще воды, это позволяет уточнить источники их поступления. Например, высокое содержание железа было обнаружено в донных отложениях устья ручья Жалень, что не соответствует результатам анализа воды. В целом исследованные донные отложения можно отнести к умеренно загрязненным. Также следует отметить, что все указанные металлы имеют низкий потенциал к миграции. Даже при повышении кислотности воды в реке маловероятно высвобождение значительного количества любого из представленных элементов. Так как при лабораторных анализах на определение миграционной активности использовали ацетатно-аммонийную вытяжку с кислотным pH (4.8), и такие условия не спровоцировали значительного высвобождения металлов.
При анализе воды на содержание фенольных соединений выявили в реке Черная были выявлены превышения ПДК в несколько раз (рисунок 2).
Рисунок 2 - Результаты анализа содержания фенольных соединений в воде
При очистке сточных вод от нефтепродуктов используют большое количество анионных поверхностно-активных веществ (АПАВ), которые могут попадать в воду со стоками. В связи с этим был проведен анализ их содержания в воде и донных отложениях. Результаты отражены на рисунке 3.
Рисунок 3 - Содержание АПАВ в воде и донных отложениях
Так как в водотоке были обнаружены превышения нормативов по металлам (таблица 1), фенолам (рисунок 2) и АПАВ (рисунок 3), была необходима оценка того, как они влияют на такие показатели водоема как химическое потребление кислорода (ХПК) и растворенный кислород. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 3 - Результаты анализов на содержание растворенного кислорода и ХПК
№ п/п | Т.1 | Т.2 | Т.3 | Т.4 | Т.5 | Т.6 | ПДК |
ХПК, мг/л | 42,0 | 102,0 | 99,0 | 68,0 | 97,9 | 110,0 | 30,0 |
Растворенный кислород, мг/л | 8,60 | 8,40 | 8,10 | 9,20 | 8,60 | 8,32 | Не менее 6 |
Высокие значения ХПК в реке Черная отмечаются в отчете о состоянии окружающей среды
. Результаты анализов подтверждают превышения нормативов, установленных для водных объектов. Было отмечено, что характер пространственной динамики значений ХПК коррелирует с содержанием АПАВ (рис.4). Но нельзя сказать, что значения ХПК полностью зависят от концентрации АПАВ в воде. Их содержание лишь оказывает определённое влияние.
Рисунок 4 - Связь между значениями ХПК и содержанием АПАВ в пробах воды
4. Заключение
В ходе исследования был проведен химический анализ проб воды и донных отложений в шести точках на реке Черная и двух её левых притоках.
Были выявлены значительные превышения нормативов по содержанию таких компонентов, как Al, Fe, Мn, фенольные соединения, АПАВ и ХПК. В реке отмечается определенный уровень фонового загрязнения, но сброс сточных вод в значительной мере усугубляет сложившуюся ситуацию. Отмечено, что основным источником поступления загрязняющих веществ в реку Черная является сброс сточных вод через выпуск № 1 нефтеперерабатывающего предприятия (створ впадения ручья Росох).
Несмотря на то, что сброс производится только в период весеннего половодья, загрязняющие вещества аккумулируются в донных отложениях водного объекта, которые становятся потенциальным источником вторичного загрязнения. Загрязненность донных отложений металлами, с учетом их миграционной способности, можно считать умеренным. Наибольшее влияние на экосистему реки оказывают фенольные соединения и АПАВ, которые в отдельных точках превышают нормативы в десятки раз. Выяснилось, что превышение норматива по ХПК, которое отмечается в государственных докладах, как критический показатель загрязнения для реки Черная, частично связано с концентрациями АПАВ в воде.