Воздействие нефтепродуктов на водные экосистемы, их свойства (стр. 2 из 3)

Толуол (Т.) (метилбензол). Химическая формула С6Н5-СН3, температура кипения 110,63 ºС, плотность 0,8669 кг/м3. Бесцветная прозрачная жидкость с характерным запахом бензина. Максимальная растворимость в морской воде 380 мг/л [9].

Антропогенные источники поступления в окружающую среду. Основными источниками поступления толуола в окружающую среду является химическое производство взрывчатых веществ, эпоксидных смол, лаков и красок и др. Большая часть испаряется в атмосферу и с дождями поступает в почву, в воду [22, 24]. В мировом масштабе эмиссия Т. может достигать: при использования ув качестве растворителя 1-1,5 млн. т; при производстве, транспортировке и очистке нефти (как часть общей утечки углеводородов)

3 – 4 млн. т; в качестве компонента автомобильных выхлопных газов – около 2 млн. т. Общее количество Т., попадающего в окружающую среду в США, составляет за год 450 тыс. т (из них 99,7% - в атмосферу). Общее годовое количество Т., попадающего в моря и океаны, составляет в мире около

500 тыс. т [25]. В 1,6 км от химического завода с наветренной стороны концентрация толуола в атмосфере составляла 0,0055 мг/м3, а с подветренной стороны в 1,6; 6,0 и 16,5 км от завода – 0,6; 0,075 и 0,055 мг/м3 соответственно [26]. Таким образом, на данном примере, удельный фоновый выброс в атмосферу на расстоянии 1,6 км составляет 0,6 – 0,0055 = 0,5945 (мг/м3). Попадая в окружающую среду, Т. оказывается, в основном, в атмосфере и поверхностных водах [9]. Из – за низкой растворимости транспорт Т. из воды в атмосферу происходит быстро: при испарении из слоя воды толщиной 1 м через 5 ч концентрация Т. снижается вдвое. Полупериод испарения из водоемов при 25 ºС составляет 30,6 мин. В дождевой воде Т. определялся в концентрациях 0,00013 – 0,0007 мг/л. В 17% всех исследованных поверхностных вод концентрации Т. превышали 0,01 мг/л [26]. Миграция Т. из почвы в почвенные воды весьма важна, так как при этом загрязняются источники питьевой воды. Т. обнаружен в 85% из 39 исследованных колодцев США в концентрациях до 0,01 мг/л [26], попадаюoего в поверхностные слои песчаных почв, улетучивается в атмосферу в концентрациях 0,9 – 0,0002 мг/м3; полупериод существования 4,9 ч [27].

Средние концентрации Т. в атмосфере США и Европы в 1971 – 80 гг. составляли 0,0005 – 1,31 мг/м3, самый высокий уровень достигал 5,5 мг/м3. Атмосферное окисление удаляет около 50% Т. менее чем за 2 суток (полупериод существования 12,8 ч), вследствие чего он не остается в атмосфере долго и не удаляется другими механизмами [26, 28]. В атмосфере северного полушария содержание Т. больше, чем в южном, особенно зимой; средняя концентрация Т. в атмосфере планеты колеблется в пределах 0 – 0,00075 мг/м3 [29].

Токсическое действие. ПДК по Т. для хозяйственно – питьевого и рыбохозяйственных водоемов составляет 0,5 мг/л (орг.), класс опасности 4 [2]. Запах Т. интенсивностью в 4 балла ощутим при концентрации его в воде 5,2 мг/л. Порог ощущения запаха (1 балл) соответствует концентрации Т. 0,67 мг/л. Пороговая концентрация по вкусу 1,1 мг/л, запах в мясе рыбы ощущается при 0,25 мг/л. Концентрация в воде 25 – 75 мг/л мало сказывается на окисляемости и БПК; 25 мг/л мало влияют на процесс нитрификации, 50 мг/л тормозят его; 75 мг/л не влияет на кислородный режим. В концентрации 200 мг/л Т. тормозит процесс биохимической очистки сточных вод в аэротенках – смесителях [22]. Наркотический эффект Т. вызывает у водных организмов в концентрациях 11 мг/л в пресной воде и 8 мг/л в морской воде. Симптомы прогрессируют от слабого возбуждения до обездвиживания. Лосось избегает воды с концентрацией Т. выше 2 мг/л [30]. При 10,0 мг/л гибнет радужная форель; 34,0 мг/л вызывают гибель гуппи через 140 суток; при 130,0 мг/л лещ гибнет через 15 мин [22].

Ксилолы (о – Ксилол, м-Ксилол, n – Ксилол).

Химическая формула С8Н10. Молекулярный вес 106,2. Плотность от 0,8611 до 0,8802 при 20 ºС. Растворимость в воде около 0,02%. Все К. бесцветные жидкости, легковоспламеняющиеся, с ароматическим запахом.

Антропогенные источники поступления в окружающую среду. Сточные воды производств основного органического синтеза, лаков и красок, искусственных волокон и др. Промышленные выбросы в атмосферу производств органического синтеза, растворителей, бензойной кислоты, красителей, полиэфирных волокон [22, 24]. Выбросы К. на нефтеперерабатывающем заводе составляли 13185 – 1145 г/ч. При пропитке изделий лаками в электротехнической промышленности К. в воздухе рабочей зоны достигает 150 – 400мг/м3 [31]. В первосортном бензине кроме других ароматических углеводородов содержится 4,2% n – К., 12,2 % м- К., 5,2% о-К. [25]. Средняя концентрация К. в отработанных газах двигателей внутреннего сгорания составляет 31 млн –1 [32].

Примечание. Для обозначения концентраций веществ в воздухе наряду с размерностью мг/м3 нередко используется характерной для англо – язычной литературы значение в млн-1 (части на миллион частей воздуха). Переход между этими значениями для нормальных условий (температура 10 – 30 ºС, атмосферное давление) можно производить с достаточной степенью точности по формулам:

где М – молекулярная масса вещества [9].

Годовая эмиссия К. в окружающую среду составляет: 0,5 млн. т из растворителей; 2 млн. т из выбросов производств и транспорта в нефтеперерабатывающей промышленности; 0,5 – 1,0 млн. т - как компонент выхлопных газов автотранспорта; 50 тыс. т из выбросов предприятий химической промышленности, 100 тыс. т при транспортировке и распределении бензина. В воздушной части городов К. содержится в концентрациях 0,05 – 0,78 мг/м3[9].

В поверхностных водах содержание К. достигает 2 – 8 мкг/л (Флорида – Бей, США), в водопроводной воде - до 3 – 8 мкг/л (штат Луизиана); в области Цюриха К. обнаружен в водопроводной воде, в талых водах, на различных глубинах в воде Цюрихского озера [33]. В штате Мэн (США) 70 индивидуальных колодцев были закрыты вследствие загрязнения К. (в районе промышленных предприятий. Наивысшая концентрация К. в колодцах питьевой воды США 0,3 мг/л [34].

Растворимость в воде некоторых ароматических углеводородов: бензол- 2000мг/л, толуол – 380 мг/л, м-Ксилол – 200 мг/л, этилбензол –

140 мг/л.

Циклоалканы - предельные углеводороды алициклического ряда.

Алициклические соединения по своим свойствам сходны со свойствами соответствующих алканов. Это бесцветные газы (циклопропан) или жидкости, а высшие соединения - твердые вещества. Трех и четырехчленные кольца относительно мене устойчивы, чем соединения с большим числом углеродных атомов, поэтому для них характерны реакции, сопровождающиеся раскрытием цикла. Циклопропан легко гидрируется и при 120°С присоединяет два атома водорода с разрывом кольца и образованием пропана. Циклобутан также способен к гидрированию, но при 180°С. Данные соединения не растворимы в воде, но растворимы в спиртах, бензоле.

Содержание в природе. Содержатся в нефтях, особенно в кавказских. Вырабатываются некоторыми растениями [9].

Получение. При перегонке и крекинге нефти. Образуются при каталитической гидрогенизации ароматических соединений (бензола, ксилолов, толуола).

Применение. Циклогексан и его производные – растворители. В смеси с другими углеводородами циклоалканы входят вы состав моторного топлива. Испольцуются в производстве синтетических материалов (капралактама и др.).

Антропогенные источники поступления в окружающую среду. В производстве капролактама и других синтетических материалов циклоалканы могут содержатся в воздухе рабочих помещений [35]. В составе выхлопных газов автотранспорта выбрасываются в атмосферу.

Миграция и трансформация в окружающую среду. Как и алканы, циклоалканы вовлекаются в микробное окисление.

Токсическое действие. По общему характеру действия сходны с алканами, но наркотический эффект с Ц. более выражен, чем у соответствующих алканов. Ряд Ц. повышают чувствительность сердечной мышцы к адреналину. Биохимические сдвиги в крови во время наркоза незначительны. Начиная с циклопентана, вызывают воспалительную реакцию кожных покровов; эта реакция возрастает с увеличением числа углеродных атомов в кольце Ц. С5 → С12 [36]. Простейший Ц. – циклопропан – не разрушается в организме и выделяется в неизменном виде с выдыхаемым воздухом и через кожу [37, 38]. Наибольшее накопление в организме Ц. наблюдается в жировой ткани, меньше – в мышцах [39].

Нами были даны некоторые подробные характеристики нефтепродуктов алифатического, ароматического, алициклического ряда. Дать полную характеристику на все эти вещества не возможно по объему материала, но мы перечислим их в табл. 1.2 с краткой характеристикой. Проанализируем совпадение по табл.1.2 и табл. 2 из [2]. Для наглядности анализа этих веществ в табл. 1.2 их выделим – они составляют от всего списка не более 15%.

В табл. 1.2 не вошло вещество бенз[а]пирен (Бн.) С20Н12., которое присутствует в табл. 2 [2]. Это было сделано по причине, что это твердое вещество (форма и цвет кристаллов зависит от того, из какого растворителя они выкристаллизовались). По литературным данным растворимость Бп. в воде колеблется в значительных пределах: от 0,5 до 12 мкг/л, однако хорошо растворим в минеральных маслах [9].

Поскольку в экологических статьях на Бп. обращают особое внимание, имеет смысл остановиться на этом нефтепродукте подробнее.

Содержание в природе. Бенз[а]пирен и другие полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), полный список этих веществ содержит более 350 (!) соединений, содержатся в некоторых каменных и бурых углях, нефтях, природных битумах и т.п. Так, в буром угле Березовского месторождения содержание Бп. достигает 75 мкг/кг, а Ирша – Бородинского – 342 мкг/кг [40].