Совершенствование оценки класса опастности нефтесодержащих отхотов и способа их обезвреживания

Пленка нефтепродуктов, находящаяся на поверхности водотока, рас­пространяется вниз по течению, причем часть пленки механически увлекает­ся на дно водоема, а часть находится в эмульгированном состоянии. Пленка нефтепродуктов убивает животный и растительный планктон, служащий пи­щей для рыбы [15].

Образование отложений нефтепродуктов на дне водного объекта про­исходит также вследствие осаждения твердых взвешенных веществ, сначала собирающихся на границе «нефть-вода» вместе с другими, попавшими на поверхность воды загрязнениями. При осаждении они увлекают с собой неф­тепродукты [16]. Количество нефти, оседающей на дно, составляет в среднем 30-40% от общей ее массе при розливе. В результате образования осадка из нефтепродуктов на дне водного объекта происходит соответственно отравле­ние его донного биоценоза [17].

Над уровнем грунтовых вод легкие углеводороды образуют жидкие скопления - квазистабильные линзы нефтепродуктов, часто весьма внуши­тельных размеров [14]. Помимо «плавающих линз нефтепродуктов» загряз­нение нефтяными углеводородами захватывает грунты зоны аэрации и поч­вы. В понижениях рельефа и в эрозионной сети загрязнение нефтепродукта­ми выходит на дневную поверхность. Из-за углеводородного загрязнения для грунтовых вод в районе предприятий нефтепродуктообеспечения характерна восстановительная среда, наряду с углеводородами в составе отмечается по­вышенная перманганатная окисляемость, наличие нитритов и аммония [11].

Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами вызывает существенные изменения в морфологических свойствах почвы [18-20]. Нефть проникает в большинстве случаев на глубину 5-20 см, хотя иногда мощность битуминизиро- ванного слоя достигает 40-50 см. При этом верхняя часть гумусосодержащего горизонта приобретает смолисто-черную окраску, происходит склеивание струк­турных элементов [12]. В результате закупорки капилляров почвы нефтью силь­но нарушается аэрация, создаются анаэробные условия, нарушается окислитель­но-восстановительный потенциал. В составе почвенного воздуха превалируют легкие токсичные фракции нефти (токсичные как для растений, так и для многих микроорганизмов). Битуминизирование ухудшает водопроницаемость почвы, ее смачиваемость; талые и дождевые воды на замазученных участках не впитыва­ются в почву, а стекают по склонам [21]. Кроме того,, при загрязнерши почвы нефтью и нефтесодержащими отходами происходит подщелачивание почвенных растворов, рН водной суспензии в верхних горизонтах дерново-глеевых почв поднимается до 7,5-8,0; увеличивается количество углеводородов, что ведет к возрастанию запасов углерода во всех генетических горизонтах; наличие нефти, и ее продуктов в почве способствует подавлению реакций аммонификации, нит­рификации, т.е. снижает самоочищающую способность в районах, где почва зна­чительно загрязнена нефтью [22]. К тому же при этом наблюдается образование двухвалентного железа, увеличивается содержание одно- и двухвалентных ка­тионов в почвенном растворе, куда они поступают из нефтяной эмульсии, воз­растает количество органических и минеральных коллоидов, связанных с посту­плением загрязняющего вещества в почву. Это вызывает перестройку почвенно- поглощающего комплекса [23].

Следует отметить, что содержание нефти и нефтепродуктов в почве посто­янно изменяется, при этом скорость изменения содержания нефти в почве не­равномерна. Основная масса нефти теряется в первые три месяца после по­падания в почву, в дальнейшем процесс идет очень медленно, особенно за­медляется при достижении ее содержания 1,0-1,5% [12]. Значительная часть нефти механически выносится водой за пределы участков загрязнения и рас­сеивается на путях движения водных потоков. После того, как в результате промывания почвы возможность механического выноса нефти резко умень­шается, падает и скорость деградации нефти. Остаточная нефть подвергается микробиологическому разложению. Часть нефти (по всей вероятности, не­значительная) минерализуется, другая часть превращается в нерастворимые продукты метаболизма [23].

Из всего вышеописанного можно сделать вывод, что нефтесодержащие отходы являются одним из самых многотоннажных и распространенных промышленных отходов. Независимо от источника образования нефтесодер­жащие отходы оказывают ярко выраженное негативное воздействие на окру­жающую природную среду. Для оценки этого влияния очень важно надичие точного критерия, позволяющего определить степень негативного, воздейст­вия.

1.2. Методы оценки вредного воздействия нефтесодержащих отходов на ок­ружающую природную среду

Негативное воздействие нефтесодержащих отходов на окружающую природную среду определяется, в основном, наличием различных веществ, входящих в их состав. Так, тяжелые бензины являются более токсичными по сравнению с легкими, а токсичность смеси углеводородов выше токсичности ее отдельных компонентов. Значительно возрастает токсичность нефтепро­дуктов при переработке сернистых нефтей, наиболее вредной является ком­бинация углеводорода и сероводорода и проявляется она быстрее, чем при изолированной их действии [24].

Существует большое количество методов оценки вредного воздействия отходов [25-27]. Среди них методы световой микроскопии, газовой хромато­графии, визуального контроля и др.

Одним из основных показателей, позволяющих оценивать вредное воз­действие на окружающую природную среду нефтесодержащих отходов, яв­ляется класс опасности. Значение этой характеристики помогает снижать и регулировать антропогенной воздействие на окружающую среду [21].

Класс опасности отходов устанавливается по степени возможного вредного воздействия на окружающую природную среду при непосредствен­ном или опосредованном воздействии опасного отхода. В соответствии с [3] существует 5 классов опасности: I - чрезвычайно опасные; II - высокоопас­ные; III — умеренноопасные; IV — малоопасные; V — практически неопасные.

Отнесение отходов к классу опасности для ОПС может осуществляться по расчетной или экспериментальной методике [3].

Экспериментальная методика позволяет определить класс опасности отхода как единого целого с учетом комбинированного, комплексного дейст­вия его компонентов и продуктов их трансформации на здоровье человека и среду его обитания.

Экспериментальное определение класса опасности отходов по сути своей заключается в лабораторном исследовании экологической токсичности анализируемых образцов с использованием биологических объектов. Соглас­но [3], экспериментальная оценка токсичности отходов проводится в сле­дующих трех случаях: во-первых, если расчетным методом установлен 5 класс опасности, то необходимо подтвердить отсутствие токсичности на био­логических объектах. Во-вторых, если невозможно определить качественный и количественный состав отходов и определить класс опасности расчетным методом; в-третьих, по желанию заинтересованной стороны или при необхо­димости уточнить полученный расчетным методом класс опасности отходов

[3].

Под токсичностью, как известно, понимают способность веществ вы­зывать нарушения физиологических функций живых организмов, что приво­дит к интоксикациям и гибели сначала отдельных клеток, а потом и всего ор­ганизма, особей в целом, если существо многоклеточное. Биотестирование представляет собой методический прием лабораторной оценки качества об­разцов по реакциям подопытных организмов с известными и поддающимися учету характеристиками. Биологический объект в биотестировании фактиче­ски используется в качестве аналитического прибора или его части, при этом считается значительно более дешевым [28].

Все методики биотестирования характеризуются своими особенностя­ми. Это и доступность тест-объекта, которая определяется возможностью их культивирования в лабораторных условиях, и оперативность получения отве­та. Наиболее быстрые реакции на токсическое воздействие равных концен­траций удается регистрировать у простых организмов - бактерий, водорослей и инфузорий. С точки зрения технического оснащения наиболее доступными оказываются методики, основанные на регистрации общебиологических ха­рактеристик - подсчете численности или прироста популяций.

На практике наиболее распространенными методиками биотестирова­ния являются те, в которых фиксируется, главным образом, такие интеграль­ные параметры, как показатели выживаемости, роста, плодовитости тест- объектов. Если говорить о биотестировании нефтесодержащих отходов, то необходимо отметить, что на основе тест-реакций по выживаемости выявля­ются достаточно высокие концентрации нефтепродуктов (более 1 мл/л) [25]. Чтобы выявить более низкие концентрации нефтепродуктов в воде, необхо­димы биологические тесты по изменению сердечного и дыхательного-ритма тест-объектов. Вместе с тем, следует подчеркнуть, что определение частоты сердцебиения и дыхания достаточно трудоемкая процедура, требующая ис­пользования специальных установок [28].

Определенная нормативным документом процедура биотестирования промышленных отходов предполагает анализ водной вытяжки на острую токсичность, т.е. относительно кратковременный эксперимент (от несколь­ких минут до 4 суток). Перечень наиболее широко распространенных в Рос­сии биотестов, применяемых в природоохранных целях, включает методики с использованием ряда эвритопных видов: зеленых водорослей - сценедес- мус и хлорелла, ракообразных - дафний и цериодафнии, простейших - инфу­зории и немногие другие [29]. На том основании, что наибольшую опасность для объектов окружающей природной среды представляет водно- миграционный путь распространения токсичных компонентов отходов, глав­ным образом тест-организмы представляют собой виды гидробионтов. Вме­сте с тем, очевидно, что загрязнение разных типов почв отходами сопровож­дается с одной стороны, процессами связывания токсикантов, в частности, гуминовыми комплексами, аккумуляцией, с другой стороны, биологическим переносом и транслокацией. Поэтому для анализа почвенных образцов, за­грязненных отходами, целесообразно применять более широкий спектр тест- объектов, включающих почвообитающих организмов, или педобионтов [28].

Согласно [3] обязательной является экспериментальная процедура, включающая анализ не менее чем на двух тест-объектов из разных биологи­ческих таксонов или групп (ракообразные и простейшие, водоросли и бакте­рии и т.д.). Если разные тест-системы показывают неодинаковую реакцию, то в окончательном результате следует учитывать наиболее чувствительный от­вет.

Существенными недостатками методики биотестирования в целом яв­ляется, во-первых, проведение исследований с использованием, как правило, дорогостоящего оборудования, во-вторых, создание и поддержка определен­ных условий при разведении тест-объектов, в-третьих, продолжительность эксперимента по времени и, наконец, тот факт, что проведение биотестиро­вания осуществляется в специализированных аккредитованных для этих це­лей лабораториях. Кроме того, биотестирование, как правило, не дает ответа на вопрос о характере загрязняющего вещества, вызывавшего ту или иную реакцию тест-объекта.

Для определения класса опасности нефтесодержащих отходов расчет­ной методикой необходимо проведение их химического анализа для опреде­ления компонентного состава. В основу расчета класса опасности отхода по­ложена статистическая математическая модель, основанная на использова­нии систематизированного набора первичных показателей опасности компо­нентов отхода [3].

Система первичных показателей опасности для окружающей природ­ной среды для каждого компонента отхода формируется на основе приведен­ных токсикометрических, эколого-токсикологических и физико-химических параметров, при условии наличия в соответствующей справочной литературе данных по тому или иному показателю опасности для данного компонента. Параметры токсикометрии содержатся во многих справочниках и энцикло­педиях, а также гигиенических нормативах [30-34]. Однако очень часто ука­занные выше данные в литературе отсутствуют или сильно различаются ме­жду собой. Можно сказать, что существующая методика расчета класса опас­ности отходов, в условиях отсутствия многих значений параметров токсико­метрии компонентов, является скорее оценочной, чем точной.

Следует также отметить, что обычно при проведении химического ана­лиза нефтесодержащих отходов определяют содержание нефтепродуктов, воды и минеральной части. Помимо этого, нефтесодержащие отходы содер­жат широкий спектр примесей, сосредоточенных, в основном, в смолах и ас- фальтенах, наличие которых может оказывать существенное токсическое воздействие на окружающую природную среду. Среди них можно выделить соединения и ионы 81, Бе, А1, Мп, Са, Р и др.[35]. Кроме того, примеси могут обладать синергетическим вредным воздействием, оценить которое чрезвычайно трудно. В тоже время их вклад в расчет показателя опасности нефтесодержащих отходов незначительный из-за низкой концентрации. Все вышесказанное создает значительные трудности при расчете класса опасно­сти нефтесодержащих отходов.

Исходя из практического опыта, можно отметить, что очень часто классы опасности нефтесодержащих отходов, определенные расчетным и экспериментальным методами, не совпадают. Причем расчетная методика занижает класс опасности по сравнению с более достоверной методикой био­тестирования [4].

На основании вышесказанного актуальным является усовершенствова­ние расчетной методики оценки класса опасности нефтесодержащих отходов. Учитывая, что существует достаточно много методик для исследования хи­мического состава и свойств компонентов нефтешламов и замазученых грун­тов, очевидным является определение концентрационно значимого набора компонентов при проведении химического анализа, необходимого и доста­точного для расчета класса опасности. Вклад микропримесей в токсичность отхода, концентрацию которых определять нецелесообразно, по нашему мнению, должен быть учтен с помощью эмпирического поправочного коэф­фициента. В свою очередь, этот коэффициент должен быть получен путем сопоставления расчетных данных определения класса опасности нефтесо­держащих отходов с данными биотестирования. Таким образом, вероятно, будет достигнуто соответствие классов опасности, определенных расчетным и экспериментальным методами [4].

1.3. Виды и свойства нефтесодержащих отходов.

Для правильной организации сбора, переработки, обезвреживания и размещения нефтесодержащих отходов необходимо знать их состав, количе­ство и физико-химические свойства, а также факторы, влияющие на их изме­нение, что напрямую связано с расчетом экологических платежей, оценкой материального ущерба, а также риском возникновения аварийных ситуаций при обращении с отходами [36].

В наиболее упрощенном виде нефтешламы представляют собой много­компонентные устойчивые агрегативные физико-химические системы, со­стоящие главным образом, из нефтепродуктов, воды и минеральных добавок (песок, глина, окислы металлов и т.д.) [37].