Самоочищение водоемов от нефтепродуктов

Нефть имеет сложный состав. Парафиновые и нафтеновые углеводороды составляют 50 - 90%, ароматические углеводороды - от 1 до 20%, кислородсодержащие соединения - около 5%, органические соединения серы - 1 - 5%, смолы и асфальтены - от 3 - 5 до 12%. Водоемы загрязняются чаще не сырой нефтью, а нефтепродуктами, состав и физико-химические свойства которых отличаются от нефти. Например, бензины имеют значительно большую растворимость в воде и быстрее испаряются с ее поверхности, а мазуты практически не растворимы и оседают в значительной мере на дно. Некоторые их виды содержат до 50% смол.

В соответствии с гигиеническими и рыбохозяйственными требованиями при оценке состава сточных вод и нефтяного загрязнения водоемов необходимо определять не только сумму нефтепродуктов, но и их групповой состав и даже отдельные соединения. Согласно строительным нормам в сточных водах, подаваемых на городские очистные сооружения, не должны оставаться тяжелые фракции (смолы и асфальтены), не растворимые в гексане. Тяжелые фракции удаляются на цеховых и заводских очистных сооружениях. Для вод водоемов предусмотрены предельно допустимые концентрации ПДК для много- и малосернистых нефтей (0,1 - 0,3 мг/л), керосинов (0,05 - 0,1 мг/л) и бензина (0,1 мг/л). ПДК нафтеновых соединений такие же, как и нефти в целом.

Из-за сложности состава при оценке состояния водоема приходится использовать не один, а несколько методов определения отдельных нефтяных фракций. Водоем принято называть загрязненным нефтью и нефтепродуктами в том случае, когда в местах водопользования постоянно обнаруживаются признаки поступления нефтепродуктов. Содержание их на русле и на участках с преобладающими глубинами постоянно превышает ПДК, а в донных отложениях накапливаются различные углеводороды и нефтяные битумы. Помимо этого, наблюдаются органолептические признаки присутствия нефтепродуктов; они обнаруживаются в рыбе и в водных организмах, нарушают жизнедеятельность водного биоценоза.

Разрушение нефти в водоеме происходит в результате ее самоокисления и с помощью микроорганизмов. На постоянно загрязняемых участках обнаруживается большое количество бактерий, окисляющих керосин, соляровое масло, парафин и нафталин. Потенциальная способность микрофлоры к окислению этих нефтепродуктов здесь оказывается в 3 - 10 раз выше по сравнению с чистыми участками.

В процессе самоочищения изменяется соотношение между относительным содержанием углеводородных фракций. Более интенсивно снижается концентрация углеводородов с числом углеродных атомов от C₁₂ до C₂₂ по сравнению с углеводородами C₂₀-C₃₃. Микроорганизмы активно окисляют ароматические углеводороды, в результате чего образуются ароматические спирты и кислоты.

Самоочищение воды от нефти - многостадийный процесс, порой растягивающийся на длительное время. В результате длительного эмульгирования сырой нефти иногда до 25% ее превращается в продукты, не экстрагируемые бензолом. Распад значительных количеств нефтепродуктов в водоеме может привести к следующим изменениям состава природных вод: к увеличению численности бактерий; изменению органолептических свойств; увеличению концентрации растворимых в воде органических веществ; увеличению концентрации токсических продуктов (фенолов, нафтолов и других оксипроизводных углеводородов); увеличению концентрации легкоокисляющихся кислородсодержащих соединений; возрастанию поверхностно-активных свойств, вспениванию воды; увеличению содержания биогенов в воде и развитию зоопланктона и водорослей фитопланктона и перифитона.

Гидрофобные ОВ прилипают к взвешенным частицам и оседают на дно. Содержание углеводородов и смол в донных отложениях в 100 - 1000 раз выше, чем в воде. Эти соединения длительно (месяцами) сохраняются в поверхностном слое (1 - 10 см) донных отложений, и их определение дает картину накопления гидрофобного ОВ за длительный промежуток времени. Концентрация углеводородов и смол зависит не только от степени загрязнения водоема, но и от характера донных отложений: наибольшие концентрации гидрофобных ОВ обычно обнаруживаются в черных и серых илах, а наименьшие - в песке. Кроме того, имеется некоторая связь между содержанием гидрофобного и общего ОВ. Общее ОВ определяется в высушенном иле по потере при прокаливании. С глубиной отбора пробы содержания гидрофобных ОВ в донных отложениях уменьшаются, потому что, будучи захороненными на дне, они продолжают очень медленно разрушаться донными микроорганизмами. Вероятно, на дне может продолжаться и процесс превращения части углеводородов и их производных, например фенолов и нафтолов, в смолистые вещества.

При взмучивании грунта во время ветра или при прохождении крупнотоннажных судов часть гидрофобных ОВ временно переходит в водную массу. Таким же образом осуществляется вынос части гидрофобных ОВ во время весеннего паводка. Как правило, наиболее тяжелые смолы обнаруживаются на расстояниях около 10 - 15 км от мест поступления в водоем, легкие смолы и углеводороды мигрируют на десятки километров от мест поступления. В чистых донных отложениях содержится до 1,5% гидрофобных ОВ от общей суммы органических соединений, не более 300 - 500 мкг/г углеводородов, а общее количество битумоидов составляет не более 1,5 мг/г сухого ила; тяжелые смолы и асфальтены отсутствуют.