Распределение полициклических углеводородов в различных средах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Бакинский государственный университет

Кафедра «Экологической химии»

Распределение полициклических углеводородов в различных средах

Гаджиева Севиндж Рафиг кызы, доктор химических наук, профессор

Аминбеков Алигисмет Фейзулла оглы, кандидат химических наук, доцент

Алиева Тарана Ибрагим кызы, кандидат химических наук, ст. лаборант,

Гурбанпур Шахрияр Бахтияр оглы, аспирант

Изучения распределения полициклических ароматических углеводородов в различных геосферах представляет большой интерес, так как, зная средне статических количеств этих вредных веществ можно контролировать их поступление в окружающую среду и принять необходимые меры.

В статье дается распределения отдельных представителей ПАУ в различных геосферах. А также по итогам изучения судьбы техногенных ПАУ в почвах различных типов сделан обобщенный вывод по данной проблеме.

Углеводороды полициклических ароматических соединений состоят из класса веществ с двумя или более связями бензольными кольцами линейных, угловых или группами. Среди самых широко распространенных экологических загрязняющих веществ ароматические соединения представляют главный интерес из-за их инерционности и токсичности.

Отдельную группу ароматических углеводородов образуют полициклические ароматические углеводороды (сокращенно - ПАУ). По ряду причин им уделяется намного меньше внимания. Уровни содержания ПАУ в средах, как правило, ничтожны, и для их количественной оценки требуется специальное и очень дорогое оборудование. В то же время, вещества из данной группы - ярко выраженные ксенобиотики. Присутствие лишь нескольких молекул такого вещества может спровоцировать в живом организме мутагенные и канцерогенные эффекты. В связи с этим, интерес к ПАУ во всем мире растет, но, к сожалению, еще быстрее расширяется само присутствие этих веществ в экосистемах[1-2]. Одна из главных причин длительной стойкости гидрофобных углеводородов в окружающих средах - их низкая водорастворимость, которая увеличивает их сорбцию к почвенным частицам и ограничивает их готовность разлагающимися микроорганизмами [3].

Возникает три главных вопроса:

1) как предотвратить загрязнение;

2) что происходит в экосистемах, которые уже загрязнены;

3) как ускорить реабилитацию таких экосистем.

Ответ на первый вопрос сейчас очевиден - остановить загрязнение почти невозможно. Поэтому, необходимо срочно искать ответы на два других вопроса, то есть изучать судьбу техногенных ПАУ в экосистемах. Нельзя сказать, что данных по этой теме совсем нет. Напротив, их много особенно в зарубежной литературе. Проблема состоит в противоречивости имеющихся материалов. Одни авторы утверждают, что время жизни самых опасных углеводородов в экосистемах исчисляется первыми годами или даже месяцами и в доказательство приводят данные лабораторных и натурных экспериментов [4]. Другие с успехом используют ПАУ как техногенную метку процессов седиментации, продолжающихся 100-150 лет [5].

Переходя к рассмотрению судьбы бенз(а)пирена и его спутников в почвах, следует заметить, что любая почва содержит то, или иное количество природных ПАУ самого разного генезиса (рис.2). В почвах естественные уровни ПАУ очень низкие. В частности, обнаруживается небольшое количество нафталинов, фенантренов, хризенов и других замещенных углеводородов. Техногенные ПАУ, выпадающие из атмосферы, представлены, напротив, преимущественно незамещенными голоядерными структурами - бенз(а)пиреном, бенз(ghi)флуорантеном и др.

По мере удаления от центра аномалии запасы бенз(а)пирена сокращаются. На расстоянии 10 км они в 10 раз меньше, чем у границ промышленной зоны. Однако существенного сокращения относительной доли этого углеводорода в ассоциациях ПАУ не замечается, что указывает на общий генезис и источник основной части бенз(а)пирена в районе исследований.

Данный углеводород является титульным представителем большой группы ПАУ, поскольку он весьма опасен, сравнительно легко поддается идентификации и часто преобладает в атмосферных выбросах. Только его концентрация в почвах нормируется. Но бенз(а)пирен - далеко не единственный и не самый опасный техногенный углеводород, поступающий в почву.

Как можно видеть, бенз(а)пирен преобладает, явно указывая на техногенный характер всей углеводородной ассоциации атмосферной пыли, но кроме него в значимых количествах присутствуют еще как минимум 10-15 соединений. Они отличаются от бенз(а)пирена про своей молекулярной структуре и встречаемости в различных природных обстановках (рис.1).

Таким образом, мы приходим к выводу, что в почвах значительная доля выпавших из атмосферы углеводородов деградирует. Запасы ПАУ в почвах аномалии резко варьируют, изменяясь от 0,3 до 5 г/м² (рис.2). Это осложняет даже приблизительный подсчет того, сколько времени потребовалось бы для формирования этих запасов при сохранении существующего уровня интенсивности выпадений: искомая величина может составить и 15, и 120 лет.

Рис. 1. Состав ассоциаций ПАУ.

При этом разные соединения ведут себя по-разному (рис.2). Доля главного загрязнителя - бенз(а)пирена - в почвах резко снижается по сравнению с атмосферой (20-70 до 10-15 %). Другие техногенные углеводороды более устойчивы. Примером может послужить бенз(ghi)перилен, на который и в загрязненных, и в чистых почвах стабильно приходится от 5 до 15 % от суммы ПАУ (в атмосфере - 1-6 %).

Рис. 2. Состав ассоциаций ПАУ в природных средах.

Обращает на себя внимание тот факт, что свежие растительные остатки по содержанию техногенных углеводородов, включая бенз(а)пирен, занимают промежуточное положение между атмосферными выпадениями и почвами. То же самое происходит и с некоторыми другими техногенными углеводородами. Этот универсальный процесс можно условно назвать гомологизацией, а его результат выразить в виде отношения всех замещенных структур ПАУ к незамещенным. Значение этого отношения, таким образом, покажет найти степень переработки техногенных ПАУ природными процессами.

По итогам изучения судьбы техногенных ПАУ в почвах различных типов, в том числе неосвоенных подзолисто-болотных, освоенных дерново-подзолистых и аллювиальных, можно сделать следующие общие выводы.

Рис. 3

1. Природная составляющая в почвенных запасах ПАУ представлена ограниченным числом соединений (чаще всего - гомологов нафталина, хризена, фенантрена и пирена), предположительно являющихся продуктом внутрипочвенной трансформации органических остатков и компонентами золы лесных пожаров.

2. По отношению техногенным ПАУ почвенный покров выступает как депонирующая среда; степень консервации углеводородов в почве определяется характером почвообразования, режимом поверхности и землепользования.

3. Миграция техногенных ПАУ в почвах происходит в основном не физико-химическим, а механическим путем (вместе с частицами-носителями), в связи, с чем для оценки масштабов распространения углеводородного загрязнения могут использоваться химически инертные маркеры, такие как магнитные сферические частицы, поступающие в атмосферу вместе с ПАУ.

4. Наиболее активными концентраторами ПАУ в почвенной массе являются органические остатки. В качестве «проводящего канала» внутрипрофильной миграции техногенных углеводородов выступает ризосфера почв.

5. Процессы, самоочищения почв от техногенных ПАУ, наиболее активны на поверхности, поэтому, распашка, биотурбация и захоронение почв под наносами, приводят к консервации некоторой части углеводородов в почвенной толще.

6. Современные запасы ПАУ в наиболее загрязненных почвах исследованной аномалии соответствуют 15-20-кратному объему годового поступления этих веществ из атмосферы. Это означает, что если выбросы будут взяты под контроль, то без вмешательства человека самоочищение почв до условно безопасных уровней содержания ПАУ займет не менее первых десятилетий.

7. В современных условиях наиболее эффективным методом снижения техногенной нагрузки на почвы является ежегодный сбор и утилизация растительности и пожнивных остатков. Применение комплекса механических, физических, химических и биологических методов очистки почв и грунтов будет целесообразным после существенного снижения объема промышленных выбросов.

ароматический углеводород почва

Литература

1. Геннадиев А.Н., Псковский Ю.И., Чернянский С.С., Алексеева Т.А. Полициклические ароматические углеводороды в первичных компонентах фоновых почв Зауралья // География и окружающая среда. М.: ГЕОС, 2000, С. 404-414.

2. Геннадиев А.Н., Чернянский С.С., Пиковский Ю.И., Алексеева Т.А. Геохимия полициклических ароматических углеводородов в связи с гумусным и структурным состоянием почв // География и окружающая среда. СП.: Наука, 2003, С. 124-133.

3. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: Evaluation of Sources and Effects. Washington, D.C. National Academy Press, 1983, p. 380.

4. Шилина А.И., Ванеева Л.В., Журавлева А.В. Время жизни бенз(а)пирена в почве при внесении его с частицами почвенной пыли. Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. Л.: Гидрометеоиздат, 1980, С. 100-105.

5. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: Evaluation of Sources and Effects. Washington, D.C. National Academy Press,1983, p. 380.

Размещено на Allbest.ru