ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 84, № 5, с. 426-429
ПРОБЛЕМЫ ^^ ЭКОЛОГИИ
Б01: 10.7868/80869587314050053
Авторы статьи обращают внимание читателей на актуальную проблему — загрязнение донных отложений водных экосистем углеводородами в виде нефти, газового конденсата и продуктов их переработки. Показана возможность гигиенического нормирования веществ в донных отложениях, что сводится к установлению их предельно допустимой концентрации в данном компоненте окружающей среды.
ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
Р.В. Галиулин, В.Н. Башкин, Р.А. Галиулина
При хроническом или аварийном поступлении углеводородов в виде нефти, газового конденсата и продуктов их переработки (бензина, керосина и др.) в водные экосистемы качественное состояние последних во многом определяется уровнем загрязнения донных отложений. Это связано с тем, что донные отложения, аккумулировавшие углеводороды, в случае их взмучивания из-за ветрового воздействия, резкого увеличения скорости потока или драгирования (изъятия донных отложений) при дноуглубительных работах становятся источником вторичного загрязнения водной массы. Объективный контроль за загрязнением можно осуществлять только при наличии экспериментально обоснованного гигиенического норматива упомянутых веществ в виде их предельно допустимой концентрации (ПДК). Под ПДК понимается та концентрация химических веществ в отдельных компонентах окружающей среды, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени не оказывает негативного эффекта на организм человека при попадании в него тем или иным путём. Располагая подобного рода средством гигиенического контроля, можно не только судить о качественном состоя-
нии водных экосистем, но и прогнозировать их ухудшение вследствие вторичного загрязнения водной массы углеводородами из донных отложений. Однако гигиенические нормативы для донных отложений в нашей стране до сих пор не разработаны даже для приоритетных химических веществ, включая углеводороды [1]. Цель нашего исследования состояла в анализе и обобщении информации, касающейся гигиенического нормирования углеводородов в донных отложениях водных экосистем.
Методология решения этой проблемы в других компонентах окружающей среды требовала выявления особенностей загрязнения донных отложений углеводородами, взаимодействия углеводородов и микроорганизмов в донных отложениях, аккумуляции углеводородов в ихтиофауне и, наконец, определения путей практического осуществления поставленной задачи.
Особенности загрязнения донных отложений углеводородами. Исследования, проведённые в Азовском море, показали, что основными источниками поступления углеводородов, хронически загрязняющих данную водную экосистему, являются речной сток, сточные воды предприятий, располо-
ГАЛИУЛИН Рауф Валиевич — доктор географических наук, ведущий научный сотрудник Института фундаментальных проблем биологии РАН. БАШКИН Владимир Николаевич — доктор биологических наук, главный научный сотрудник ООО "Газпром ВНИИГАЗ". ГАЛИУЛИНА Роза Адхамовна — научный сотрудник Института фундаментальных проблем биологии РАН. galiulin-rauf@rambler.ru, У_Ва8Ьк1п@ vniigaz.gazprom.ru, rosa_g@rambler.ru
ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ
427
женных на прибрежных территориях, водный транспорт, дноуглубительные работы, бурение скважин [2]. Оказалось, что донные отложения в сравнении с водной массой характеризуются некоторым отставанием процессов накопления углеводородов, а также трансформации, происходящей благодаря углеводородокисляющим микроорганизмам; в донные отложения поступают уже в какой-то мере трансформированные углеводороды; здесь депонирована основная их масса — около 90%. По данным тех же авторов [3], максимальное содержание углеводородов в водной массе Азовского моря достигало 0.5 мг/л, а в донных отложениях — 1.2 г/кг. Как показали работы, выполненные в районе Среднего Приобья (Западная Сибирь), наибольшее количество углеводородов в воде и донных отложениях водных экосистем различных месторождений нефти на этапе их разведки и освоения составляло 1.1 мг/л и 2.8 г/кг соответственно, а на этапе их эксплуатации (более 15 лет) — 5.1 мг/л и 2.2 г/кг [4]. Однако наиболее серьёзное загрязнение водных экосистем происходит при аварийных разливах веществ. Так, в результате несанкционированной врезки в магистральный конденсатопровод в Оренбургской области произошёл разлив газового конденсата с попаданием его в водные экосистемы бассейна р. Урал [5]. При этом максимальное содержание углеводородов в водной массе и донных отложениях было значительно выше, чем в вышеописанных примерах, характеризующих хроническое загрязнение водных экосистем — 145 г/л и 39.4 г/кг соответственно.
Взаимодействие углеводородов и микроорганизмов в донных отложениях. Донные отложения водных экосистем — особая экологическая ниша, богатая органическим веществом и благоприятная для обитания микроорганизмов. Наиболее многочисленная и разнообразная микрофлора населяет тонкий слой на самой поверхности све-жеосевшего детрита, представляющего собой органический ил и остатки гидробионтов (водных организмов) и являющегося необходимым материалом для развития донных бактерий. Микроорганизмы донных отложений по сравнению с микроорганизмами водной массы являются автохтонными, то есть типичными и постоянными их обитателями, более адаптированными к условиям водотока или водоёма.
Взаимодействие углеводородов и микроорганизмов может проявляться в форме негативного действия высоких концентраций этих веществ на микрофлору или поглощения и трансформации углеводородов микробными клетками, использующими их в качестве единственного источника углерода и энергии. Например, при резком увеличении слоя углеводородов на поверхности донных отложений в случае аварийных разливов ухудшается кислородный режим гидробионтов,
что отражается на условиях трансформации веществ, осуществляемой углеводородокисляющи-ми микроорганизмами (бактериями, дрожжами или мицелиальными грибами) и проходящей через стадии образования пероксидов, а при разрыве цепей углеродных атомов — смеси предельных кислот и оксикислот. Одной из причин сохранения повышенного загрязнения углеводородами донных отложений, в частности, центрального района Азовского моря, является менее интенсивное их окисление в условиях низкого содержания кислорода в придонном слое водной массы в летнее время года [2].
Установлено, что в процессе трансформации углеводородов непосредственное участие принимают ферменты, выделяемые микроорганизмами, такие как каталаза, ускоряющая окисление углеводородов путём разрушения пероксида водорода до необходимого для этой реакции кислорода, а также дегидрогеназа, катализирующая отщепление водорода от молекул продуктов окисления углеводородов [6]. Участие пероксида водорода в биохимической реакции связано с его образованием в процессе дыхания микроорганизмов и в результате окисления углеводородов. Доказательством микробиологической трансформации углеводородов в донных отложениях служит повышение численности углеводородокисляющих микроорганизмов и ферментативной активности, что было выявлено при мониторинге загрязнения донных отложений Азовского моря углеводородами нефти [1—3].
Аккумуляция углеводородов в ихтиофауне. По наблюдениям, проведённым в юго-восточной части Азовского моря, был установлен факт аккумуляции углеводородов нефти (парафиновых, нафтеновых, ароматических) в мышцах, печени, гонадах и икре таких промысловых рыб, как судак, осётр и сельдь [7]. Выявлено, что при концентрации углеводородов нефти в воде в пределах 0.08— 0.1 мг/л мясо рыбы приобретает неприятный привкус, а выше 0.1 мг/л ухудшаются вкусовые качества пресной воды [8]. Углеводороды, содержащиеся в рыбе, передаются по пищевой цепи человеку, накапливаются в его организме, вызывая различные патологические процессы. Высокие концентрации ароматических углеводородов в рыбной продукции могут спровоцировать возникновение злокачественных новообразований, что определяется содержанием в нефти типичного канцерогенного вещества — бенз(а)пирена (С20Н12) [9].
Гигиеническое нормирование углеводородов в донных отложениях. Предлагаемые в литературе пути решения проблемы гигиенического нормирования углеводородов в донных отложениях водных экосистем весьма немногочисленны и сводятся в основном к оценке загрязнения донных отложений с помощью ряда показателей.
428
ГАЛИУЛИН и др.
В работе [10] в этих целях изучалась информативность и уточнялась возможность использования коэффициента донной аккумуляции в качестве индикатора состояния водных экосистем и оценки их хронического загрязнения по данным о накоплении углеводородов нефти в донных отложениях. Коэффициент представляет собой отношение содержания химических веществ в донных отложениях к их концентрации в водной массе. Авторами был сделан вывод о том, что его информативность может существенно возрасти при наличии дополнительных гидробиологических и токсикологических сведений, характеризующих состояние исследуемых водных экосистем. Для оценки загрязнения донных отложений малых рек Верхневолжского бассейна углеводородами нефти использовались данные о численности углеводород-окисляющих бактерий [11]. Этот показатель в чистых и загрязнённых водотоках составлял 100 и 10 тыс. клеток/мл соответственно, что связывается с интенсивной микробиологической трансформацией углеводородов.
Исходя из вышеприведённого понятия, ПДК химических веществ, коэффициент донной аккумуляции и численность углеводородокисляющих микроорганизмов явно недостаточны для гигиенического нормирования углеводородов в донных отложениях. На наш взгляд, указанное нормирование должно быть выполнено посредством экспериментального обоснования пороговых концентраций по четырём показателям вредности веществ (общесанитарному, водно-миграционному, ихтио-аккумуляционному и орга-нолептическому) с целью установления лимитирующего показателя вредности и величины ПДК углеводородов в донных отложениях (мг/кг). Оценка каждого показателя вредности проводится путём определения соответствующе
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.