Экология и безопасность жизнедеятельности / Saksonov - Ekologicheskiy monitoring neftegazovoy otrasli 2007

что позволяет реализовать измерения по стандартной методике ASTM (ISO). Кроме того, с помощью этого прибора возможно определение других органических веществ.

Таблица 3.1.1.1 – Основные технические характеристики ИКприборов, хроомтографов, флуориметров (Энциклопедия…, 1998; Овчаренко и др., 1996)

71

3.2.2 Люминесцентные методы

Люминесцентный методы характеризуются высокой экспрессностью и чувствительностью, что позволяет их использовать для систематического контроля за состоянием биосферы и гидросферы и для определения микроэлементов, а также суммарного содержания загрязняющих органических веществ и индивидуальных органических соединений (таблица 3.1.1).

Люминесцентный метод относят к числу наиболее чувствительных эмиссионных методов определения следовых количеств органических и неорганических примесей в воздухе Люминесцентный анализ применяют при определении в воздухе полиароматических углеводородов и их производных. Если определяемое соединение не обнаруживается люминесцентным методом анализа, возможен перевод его в производное, обладающее эмиссией флуоресценции. Для количественного анализа используют также явление тушения люминесценции.

Приборы для люминесцентного анализа (таблица 3.1.1.1) могут быть разделены на две группы, флуориметры и спектрофлуориметры. Во флуориметрах используют светофильтры, а в спектрофлуориметрах — дифракционные решетки. В нашей стране наибольшее распространение получил люминесцентнофотометрический анализатор «Флюорат-0,2» В этом приборе источником возбуждения люминесценции служит газоразрядная лампа (для измерения нефтепродуктов — ксеноновая). Спектральная селекция осуществляется интерференционными и стеклянными светофильтрами или монохроматором — дифракционной решеткой. В качестве приемника возбуждаемого света люминесценции служит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Про-

72

боподготовка при анализе НП в воде проводится экстракцией гексаном. Основные технические характеристики прибора приведены в таблице 3.1.1.1. Прибор позволяет измерять содержание целого ряда элементов и органических веществ, в том числе нефтепродуктов, фенолов, ПАВ, полиароматических углеводородов (например, 3,4-бензпирен определяют с помощью криоприставки, разработанной фирмой «Люмэкс»). Несмотря на высокую чувствительность люминесцентного метода, при использовании приборов типа «Флюорат-0,2» для измерения суммарного содержания НП возникает проблема калибровки прибора по стандартному раствору, что необходимо для получения достоверных измерений. Однако до настоящего времени такой стандартный раствор для люминесцентных методов отсутствует (Люминесцентные методы…, 1996). Стандартный раствор изооктан — цетан — бензол, используемый для ИК-спектрометрии, изготавливается на четыреххлористом углероде, который поглощает в рабочей области флуориметра, поэтому калибровку проводят по какому-либо известному НП, например маслу Т-22 (Люминесцентные методы…, 1996). В результате при измерениях «тяжелых» НП (мазут и прочее) прибор может дать погрешность до 40 – 50%, а при определении «легких» НП (бензин и прочее) результаты измерений концентрации могут быть занижены в несколько раз. Следует отметить, что в европейских странах ультрафиолетовые методы анализа применяются мало (Берне и др., 1997).

К настоящему времени создано множество методик и приборов для экологического мониторинга нефтей и нефтепродуктов. Однако с точки зрения экологии нельзя считать закрытым вопрос о разработке наиболее оптимальных методов определения и идентификации нефтей и нефтепродуктов, поскольку у каждого метода есть свои преимущества и недостатки. К тому же само понятие «нефтепродукт» весьма расплывчато, особенно с учетом непостоянства химического состава нефтей и нефтепродуктов. Необходим мониторинг нефтепродуктов с одновременной идентификацией и расшифровкой его химического состава. Наиболее перспективными в этом отношении являются методы газовой, газожидкостнойиливысокоэффективной жидкостной хроматографии.

73

3.3 Дистанционный мониторинг

Одним из важнейших этапов реализации экологического мониторинга является дистанционный мониторинг (Василенко и др., 1997). Как способ получения информации дистанционный мониторинг условно может быть разделен на космический, авиационный, наземный, подземный и подводный. Дистанционный мониторинг, в частности аэрокосмический, применяется для контроля состояния природно-техногенных объектов нефтегазовой отрасли. Основными задачами дистанционного мониторинга являются: техническое состояние магистральных нефте- и газопроводов: определение нефтяных загрязнений окружающей среды в местах добычи, переработки и транспортировки углеводородов; оценка масштабов загрязнений при аварийных ситуациях; определение нефтяных загрязнений водной поверхности; контроль ландшафтных изменений в районе расположения техногенных объектов; обнаружение мест и объемов утечек нефтяных углеводородов из наземных и подземных магистральных трубопроводов. Аэрокосмический мониторинг особенно важен для труднодоступных объектов, где проведение непосредственных измерений затруднено или невозможно

Для решения задач промышленно-экологического мониторинга (ПЭМ) наибольшее распространение получили следующие методы:

-методы мониторинга средствами активного зондирования,

ккоторым относятся лидары, работающие по методу комбинационного рассеяния, на резонансных эффектах и по принципу дифференциального поглощения. Наиболее пригодными для дистанционного контроля нефтяных загрязнений являются системы активного ИК- и УФ-зондирования, а также флуоресцентный лазер (Энциклопедия…, 1998; Баринов, 1996), позволяющий определять наличие нефти на поверхности: воды, почвы, снега, льда. Примером типичного лазерного флуориметра может служить лидар MK-III КЦДЗ (канадского центра дистанционного зондирования) (Савиных и др., 1995). Лидар предназначен для обнаружения, идентификации, картирования, слежения за перемещением нефтяных пленок на поверхности воды. Основные параметры лидара излучатель — N-лазер, длина волны — 0,37 мкм, диапазон

74

спектрометра — 0,386-0,690 мкм. Следует отметить, что с помощью лидаров, в принципе, возможно, определять концентрации загрязняющих веществ. Так, например, перестраиваемый лидар в ИК-диапазоне (от 2,7 до 3,7 мкм), используемый на вертолете МИ-8Т в составе комплекса «Эфир-АК», позволяет измерять концентрации углеводородных газов (метан, этан), а также сероводород и другие газы с пределом обнаружения до 2 ppm (Василенко и др, 1997);

-методы мониторинга средствами пассивного зондирования, к которым относятся тепловизионные системы (Энциклопедия…, 1998; Баринов, 1996; Шилин и др, 1992), многоспектральные сканеры (Энциклопедия…, 1998; Савиных и др., 1995), средства телевизионной и аэрофотосъемки (Энциклопедия…, 1998), трассовые радиометры, видеоспектрометры (Василенко и др., 1997; Баринов, 1996). Многоспектральные сканеры являются наиболее универсальными системами пассивного дистанционного зондирования, так как они могут объединять функции телевизионных, тепловизионных и спектрометрических систем. В НИИ комплексных испытаний оптико-электронных приборов ВНЦ “ГОИ им С. И. Вавилова” разработан многоспектральный сканер «Везувий ЭК», предназначенный для получения изображения в видимом, инфракрасном и тепловом диапазонах (Энциклопедия…, 1998). Методы теплового контроля являются косвенными и основаны на регистрации теплофизических свойств загрязненной поверхности. Таким образом, тепловизоры, ИК-сканеры могут зафиксировать, как правило, факт наличия загрязнения, а не определять концентрацию;

-радиотехнические методы мониторинга (Кравцова, 1995) – радиотепловые измерения в СВЧ-диапазоне (Энциклопедия…, 1998) и активное радиолокационное зондирование (Энциклопе-

дия…, 1998).

Особенно эффективно применение СВЧ-радиометрии (миллиметровый диапазон) для обнаружения и контроля нефтяных загрязнений водной поверхности, а также измерения толщины пленки. Например, двухканальный СВЧ-радиометр (Энциклопедия…, 1998), работающий в диапазоне 10,7 – 3,5 ГГц, способен измерять толщину пленки в пределах от 0,1 до 7,0 мм при полосе захвата 1600 м с высоты 800 м и скорости полета 200 км/ч.

75

Физико-химические методы позволяют определить концентрацию многих веществ, загрязняющих окружающую природную среду, но это не всегда достаточно для корректной оценки качества атмосферного воздуха, воды, почвы. По современным представлениям для этого необходимо анализ природных сред, выполняемый физико-химическими методами дополнить исследованиями, проведенными биологическими методами.

Контрольные вопросы

1.Определение понятий нефть, нефтепродукты, легкие и тяжелые нефтепродукты?

2.Особенности загрязнения нефтью и нефтепродуктами поверхностных вод?

3.Ориентировочный уровень допустимой концентрации нефтепродуктов в почве? От каких факторов зависит ОДК?

4.Степень нарушенности почв, содержащих различные количества нефти?

5.Оптические методы, используемые для определения уровня нефтяного загрязнения поверхностных вод и почв?

6.Средства активного и пассивного зондирования в дистанционном контроле нефтяных загрязнений?

76

4 НЕОБХОДИМОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ АНАЛИЗЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Длительное время основной уклон для оценок и прогнозов загрязнения вод делался на один критерий – предельнодопустимую концентрацию (ПДК), которая определена лишь для очень ограниченного круга соединений и, кроме того, ПДК устанавливают только для отдельных веществ, тогда как в реалиях всегда имеется комплекс загрязняющих веществ. Действие всех компонентов на живые системы не представляет собой простой суммы – эти компоненты взаимодействуют между собой и с веществами уже присутствующими в водной среде на момент загрязнения, образуя продукты с более высокой токсичностью, или, наоборот, нейтрализуя друг друга. Кроме этого следует учитывать возможный кумулятивный эффект. Поэтому ориентация оценок и прогнозов только на ПДК весьма опасна и может рассматриваться только как паллиатив (Брагинский, 1993; Stom et al., 1986).

Внастоящее время в наиболее оснащенных лабораториях ведущих государств мира методами аналитической химии может быть определено 5 – 25% всех органических веществ, попадающих в водоемы со сточными водами. Несмотря на постоянно растущее число химических веществ, используемых в производственных циклах и, соответственно, попадающих в поверхностные воды с водами сточными, в странах Западной Европы и Скандинавии в природных водных экосистемах регулярно контролируется только 30—40 химических показателей загрязнения

(Adriaanse et al, 1995).

ВРоссийской Федерации наиболее технически оснащенные лаборатории, осуществляющие государственный экоаналитический контроль вод, могут определять около 100 гидрохимических компонентов (т.е. имеют методики, средства измерений для их определения и т.д.), однако при контроле гидрохимического качества водоемов определяется, как правило, не более 25 показателей загрязнения из-за высокой стоимости анализов, плохой обеспеченности кадрами и т.д.

77

Всточных водах перечень контролируемых загрязняющих веществ специфичен для каждой отрасли промышленности и насчитывает, как правило, от 15 до 50 компонентов, в то время как

сучетом взаимодействия и превращений в процессе биологической очистки в сточной воде одновременно присутствуют сотни химических соединений, а на практике, при регулярных государственных инспекционных проверках, определяется не более 10—20 основных показателей загрязнения.

Сложность аналитического контроля заключается не только в том, что трудно определять и охватить контролем основную долю присутствующих в исследуемой среде загрязняющих веществ (необходимо иметь эталоны всех гомологов и изомеров и дорогое аналитическое оборудование), но также в том, что необходимо идентифицировать вещества в чрезвычайно малых кон-

центрациях, так как ПДК основной массы веществ составляют 10-2 – 10-3 мг/дм3. Подготовка пробы к гидрохимическому анализу для целого ряда веществ предполагает такую продолжительную и многоступенчатую процедуру (растворение, концентрирование, экстракция), что потери при этом могут значительно превышать результат анализа.

Переход к более надежному экологическому контролю качества окружающей среды в России возможен только при условии расширения перечня измеряемых обобщенных и групповых показателей загрязнения и обязательного использования методов биотестирования.

Исторически гидрохимический мониторинг качества вод доминировал во всем мире до 1980-х годов, однако в настоящее время зарубежными специалистами в области охраны природы признана несостоятельность химического контроля в части предоставления совершенной и полной информации о качестве вод-

ных систем (Loon, Hermens, 1995).

Вразвитых странах при контроле качества вод при исследовании каждой пробы обязательно, кроме гидрохимических определений, предусматривается осуществление токсикологического контроля. Показатель «токсичность» как норматив при контроле сточных вод и выдаче разрешений на их сброс в природные водоемы применяется в таких странах, как Дания, Франция, Германия, Ирландия, Нидерланды, Великобритания, Норвегия, Бель-

78

гия, Швеция, Швейцария, Канада, США, Австралия, Бразилия, Япония.

Несмотря на то, что в отдельных территориальных лабораториях Госкомэкологии РФ уже имеется более чем пятнадцатилетняя практика биотестирования природных и сточных вод, однако до настоящего времени существует традиционная недооценка необходимости токсикологического контроля в дополнение к гидрохимическому.

Формулировка биотестирования, данная А.А. Зениным и Н.В. Белоусовым (Зенин, 1988) гласит: «Биотестирование один из приемов определения степени токсического действия физических, химических и биологических неблагоприятных факторов среды, потенциально опасных для живых организмов экосистем, в контролируемых экспериментальных лабораторных или натурных условиях путем регистрации изменений биологически значимых показателей исследуемых водных объектов с последующей оценкой их состояния в соответствии с выбранным критерием токсичности». Биотестирование позволяет оценить биологическую полноценность исследуемой воды, ее пригодность для жизни гидробионтов, обеспечивающих процессы самоочищения в водоеме и биологическое окисление при очистке сточных вод. Сравнение достоинств биологических и химических методов дано в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Основные характеристики методов оценки токсичности вод

79

Примечание: * – Тест-организмы чаще всего культивируют в лаборатории.

Химические методы дают информацию об интенсивности воздействия на водную экосистему. Их недостатком является невозможность оценки реальных биологических эффектов как отдельных загрязняющих веществ, так и их комплексов, а также продуктов их трансформации и метаболизма. Кроме того, число химических соединений, загрязняющих водную среду, так велико, что трудно подается контролю, и перспектива в этом отношении весьма пессимистична. В настоящее время, по оценкам некоторых специалистов, контролируется всего около 0,3 % поступающих в окружающую среду химических веществ.

Методы биоиндикации, которые представляют собой традиционные гидробиологические способы, позволяют получить данные, характеризующие отклик водных биоценозов на антропогенное воздействие. В большинстве случаев гидробиологи (особенно в государственных службах мониторинга вод) регистрируют отклик, который формируется за определенный достаточно длительный промежуток времени. Большинство гидробиологических показателей обладает известной «консервативностью» и не позволяет выявить возможные адаптационноприспособительные изменения в сообществах, отличить межго-

80