лб-токсикологія / До нафти

Лабораторна робота 7

ОРГАНІЧНІ ЗАБРУДНИКИ ДОВКІЛЛЯ

Мета роботи: вивчити токсичний вплив органічних забрудників довкілля (нафти, нафтопродуктів та фенолів) на біоценози екосистем.

Основні завдання роботи:

1. Дослідити токсичну дію нафтового забруднення навколишнього середовища.

2. Ознайомитися з основними джерелами і токсичним впливом забруднення водойм фенолами.

3. Визначити вміст нафтопродуктів і фенолів в досліджуваних пробах води.

Основні теоретичні відомості

Вплив нафти та нафтопродуктів на екосистеми.

Щороку в світі добувають понад 4 млрд. т сирої нафти, з якої приблизно 50 млн. т втрачається під час добування, транспортування та переробки. Очищені нафтопродукти постійно витрачаються на задоволення більше 60 % світових енергетичних потреб. У зв'язку із цим практично неможливо застосовувати продукти в таких кількостях без деяких втрат. Кількість таких втрат, передбачених або випадкових, постійно росте, і забруднення водойм як сирою нафтою, так і продуктами її переробки зараз є предметом серйозного занепокоєння.

Джерелом забруднення нафтою й нафтопродуктами служать стічні води з нафтопромислів, розташованих на суші й у відкритому морі, нафтопереробних заводів, установок десульфації природного газу й підприємств нафтохімії, водний транспорт, нафтобази, перекачувальні станції, які скидають великий об'єм стічної рідини, що містить високі концентрації нафти й нафтопродуктів. Значна кількість нафтових забруднень приносять у водойми води, що змивають їх з територій населених пунктів; стічні води металургійних, металообробних, машинобудівних заводів й інших підприємств.

У води Світового океану надходить за рік 12-15 млн. т нафти, кожна тонна якої вкриває плівкою 12 км поверхні океану. За підрахунками вчених, нині 20% поверхні Світового океану вкриті плівкою нафти чи нафтопродуктів, з яких 2/3 надходить із суші. Наслідки нафтового забруднення для гідробіонів і швидкість самоочищення вод залежать від багатьох чинників: хімічного складу нафти й нафтопродуктів (вмісту ароматичних і поліциклічних вуглеводнів); кількості; леткості компонентів: леткі фракції з т°_кип < 200°С високотоксичні, але швидко випаровуються; питомої густини; стійкості; вмісту сульфуру.

Нафта є найскладнішою природною хімічною сполукою, у складі якої одних тільки вуглеводнів налічується понад 2-х тисяч, причому нафта різних родовищ досить відрізняється по хімічному складу. На сьогоднішній день у нафті встановлено більш ніж 400 індивідуальних вуглеводнів і близько 400, що містять сірку, азот і кисень.

Потрапивши у водойми, нафта й нафтопродукти з перших же хвилин піддаються дії хімічних, фізичних і біологічних факторів, гублять свої первісні властивості, і при цьому утворюються різні продукти окислення, які можуть бути більш токсичними за первісні речовини. Таким чином, нафту варто розглядати як груповий токсикант. що змінює свою токсичність у часі.

Нафтове забруднення призводить до:

• зміни газо- і водообміну між атмосферою і поверхнею Світового океану;

• зміни температурного режиму вод;

• загибелі ікри та деяких водяних організмів внаслідок отруєння (особливо небезпечне для малорухомих видів, зокрема молюсків);

• появи неприємного запаху і смаку води;

• злипання пір'я у водоплавних птахів внаслідок потрапляння нафти і їх загибель;

• розчинення жиру на поверхні шкіри тварин і загибель від переохолодження.

При концентрації нафти: 0,06 мг/дм³ погіршуються смакові якості води і риба набуває нафтового присмаку; понад 0,5 мг/дм³ − риба гине; понад 1,2 мг/дм3 − гине планктон і бентос (донні організми). Нафта дуже отруйна для хірономід, гамарид і, в меншій ступені, для молюсків.

У разі нафтового забруднення масово розмножується одноклітинна золотиста водорість, утворюючи пояс завширшки до 10 км і завтовшки 35 м, що рухається зі швидкістю 25 км на добу, знищуючи на своєму шляху все живе.

Під терміном "нафтопродукти" приймають суму неполярних і мало полярних речовин розчинних у гексані, тобто по суті суму вуглеводнів (аліфатичних, ациклічних і ароматичних). Існуючі норми гранично допустимих концентрацій нафтопродуктів у воді водоймищ (0,3-0,05 мг/дм³) були введені в результаті досліджень розчинів різноманітних нафтопродуктів і нафти у воді і, таким чином, відносяться саме до тих речовин, які охоплюються вказаним вище терміном "нафтопродукти".

У водоймах приблизно 20% нафти розподіляється на поверхні у вигляді плівки, 40% залишається у вигляді емульсії, 40% осідає на дно.

Екологічні наслідки нафтового забруднення водойм становлять ланцюг взаємозалежних реакцій, найбільш істотний прояв яких - перетворення природних біоценозів, порушення циклів вуглецю, азоту, сірки й інших елементів, зниження біологічної продуктивності. На швидкість біохімічної асиміляції вуглеводнів впливають: температура, перемішування й аерація вод, сонячна радіація й інші фактори, що визначають розчинність, випар вуглеводнів, продуктивність й активність організмів.

Основними факторами самоочищення водойм від нафти є такі фізичні процеси, як випар, осадження й т.п., крім того, нафта й нафтопродукти піддаються агрегації й седиментації. Фізико-хімічні процеси руйнування нафти переважають у перші години утворення нафтової плівки, у результаті яких розкладається близько 60% нафти. Надалі нафта піддається біодеградації, у якій вирішальна роль належить мікробіологічній деструкції. Одним із провідних процесів розкладання нафти й нафтопродуктів є бактеріальне окислювання. Нафтоокислюючі мікроорганізми руйнують сиру нафту, гас, дизельне паливо, машинне масло, проявляючи специфічність у виборі вуглеводнів й утворюючи проміжні продукти. Кінцевими продуктами біоокислення є вода й вуглекислий газ, а проміжними − спирти, ефіри й жирні кислоти. Крім нафто-окислюючих бактерій у деструкції нафти беруть участь ліполітичні, протеолітичні, феноокислюючі бактерії. При сприятливих умовах вуглеводно-окислюючі мікроорганізми здатні розкладати практично всі вуглеводні від метану до важких фракцій нафти.

Забруднення водойм фенолами

Групу фенолів утворюють ароматичні, гідроксилвмісні речовини, у яких гідроксильні групи знаходяться у бензольному ядрі. Це найбільш розповсюджені і високотоксичні органічні забрудники довкілля. Присутні феноли і в побутових стічних водах, і в різноманітних виробничих стоках, і у водах від пірог енного розкладу палива і горючих сланців, а також у стічних водах аніліно-барвникових, хіміко-фармацевтичних заводів, пластмасових виробництв. Речовини цього класу виділяються у воду в процесі життєдіяльності гідробіонтів і особливо при їх посмертному розкладанні. їх розподіляють на дві групи: летючі с паром і нелетючі. Летючі з паром феноли більш токсичні, мають більш інтенсивний запах, у порівнянні з нелетучими, і тому допустимі концентрації їх у водах "водоймищ надзвичайно малі. Особливо жорсткі вимоги у цьому відношенні пред'являють до води, яка поступає на водопровідні станції, де вона піддається обробці хлоруванням, тому що хлоровані похідні фенолу, о- і м-крезолів мають неприємний запах навіть у самих малих концентраціях. З цієї причини при аналізі вод у першу чергу визначають в них вміст летючої групи фенолів.

У природних умовах існують поліфеноли і монофеноли. Монофеноли представлені в основному нелеткими компонентами і складають всього 0,3-3% від загального вмісту сполук фенольної природи. Основна ж частина розчинених у воді речовин фенолової природи представлена поліфенолами.

У складі поліфенолів ідентифіковані кумарова, сирингова, ванілінова, оксибензойна, синапова, ферулова, кавова, галлова та інші фенокарбонові кислоти. Всі ці кислоти володіють високою біологічною активністю. Деякі поліфеноли вже при концентрації 0,05 мг/дм3 можуть проявляти альгіцидну дію.

Феноли впливають токсично на живі організми шляхом порушення діяльності центральної нервової системи. Токсичність різних похідних фенолів неоднакова. Фенол і крезол по токсичності майже однакові. Більш токсичні ксиленол і гідрохінон, менш токсичні пірогалол і флороглюцин. Токсичні концентрації фенола й крезола для риб знаходяться в межах 10-15 мг/ дм³ Граничною токсичною концентрацією фенола вважається 6 мг/ дм однак задуха риб може настати вже при концентрації 0,1 мг/дм .

Біологічна активність фенолів залежить від хімічної будови (тобто місця розташування в молекулі гідроксильних груп і їх кількості), їх відновної здатності (здібності окислення фенолів до хінонів) і гідрохімічних показників водного середовища.

Саме та група фенолів, яка окислюється до хінонів, виконує важливу роль у формуванні водоростевих угруповань, оскільки хінони набагато активніші, ніж відповідні феноли. Речовини фенольної природи виступають не тільки як токсини, але можуть стимулювати розвиток окремих груп водоростей. Причому, якщо ріст окремих водоростей при певних концентраціях фенолів може стимулюватися, то при такому ж вмісті цих речовин у водному середовищі, ріст ціанобактерій припиняється.

Порогова концентрація фенолу по запаху в не хлорованій воді 0,01-0,02 мкг/дм³. Для людини смертельна доза − 14 мкг/кг. Неприємний запах риби з'являється при концентрації фенольних сполук у воді від 0,01 до 0,1 мг/дм. ГДК для об'єктів господарсько-питного та культурно-побутового значення − 0,001 мг/дм³. Порогова концентрація по впливу на санітарний режим водойм − 0,3 мг/дм .