Проблема наличия нефтепродуктов в воде и как с ней бороться

К наиболее распространенным и токсически опасным веществам, которые служат источниками загрязнения природной водной среды, специалисты относят нефтепродукты (НП).

Нефть и её производные являются непостоянными смесями углеводородов  предельной и непредельной группы, а также их производных разного вида. Гидрохимия условно трактует понятие «нефтепродукты»,  ограничиваясь только их углеводородными алифатическими, ароматическими и ациклическими фракциями, которые  составляют  основную  и наиболее распространенную  часть нефти и её компонентов, выделяемых в процессе нефтепереработки. Для обозначения содержания нефтепродуктов в воде, в международной практике существует термин Нydrocarbon Оil Index («углеводородный нефтяной индекс»).

Как вы думаете, что будет с нефтью в 2022 году?

• Подорожает
• Подешевеет

Просмотреть результаты

 Загрузка ...

Предельная допустимая концентрация (ПДК) в воде нефти и нефтепродуктов для культурно-бытовых и хозяйственно-питьевых объектов  водопользования находится на отметке   0,3 миллиграмма на кубический дециметр, а для объектов  рыбохозяйственного водопользования – 0,05 миллиграмма на кубический дециметр.

Определение нефтепродуктов, содержащихся в воде, возможно с помощью различных приборов и методов, о которых мы кратко расскажем в этой статье.

Нефтепродукты – методы определения

На сегодняшний момент существуют четыре основных  методики определения концентрации нефти и её производных в воде, которые основаны на разных  физических свойствах определяемых нефтепродуктов:

• метод гравиметрии;
• ИК-спектрофотометрия;
• флуориметрический метод;
• методика газовой хроматографии.

Методика применения того или иного способа измерения содержания нефтей и нефтепродуктов в воде, а также нормы ПДК для различных видов нефтепродуктов,  регламентируется природоохранными нормативными документами федерального значения (сокращенно – ПНД Ф).

Гравиметрический метод

Его применение регулируется ПНД Ф за номером 14.1:2.116-97.

Суть его – извлечение (обезвоживание) нефтепродуктов из предоставленных для анализа проб с помощью органического растворителя, с последующим отделением от полярных соединений с помощью колоночной хроматографии на оксиде алюминия  других классов соединений, после чего производится количественное определение содержания вещества в воде.

В исследованиях сточных вод этот способ применяется при концентрациях, диапазон которых составляет от 0,30 до 50,0 миллиграмм на кубический дециметр, что не позволяет определить соответствие воды нормам ПДК на объектах рыбохозяйственного водопользования.

Еще одним существенным недостатком этого способа является длительный период времени, который требуется для проведения измерений. Поэтому его не применяют при  текущем технологическом контроле на  производстве, а также в других случаях, когда скорость получения результатов  имеет первостепенное  значение.

К достоинствам этой методики специалисты относят отсутствие стандартных градуировок по образцам, которые характерны для прочих методов анализа.

Погрешность при использовании этого способа при показателе  Р равном 0,95 (±δ, %) при анализе природных вод варьируется от 25-ти до 28-ми процентов, а при анализе сточных вод – от 10-ти до 35-ти.

ИК-спектрофотометрия

Применение этой методики регламентируется ПНД Ф за номером 14.1:2:4.168, а также методическими указаниями  МУК 4.1.1013-01.

Суть этой методики определения содержания нефтепродуктов в воде  –  выделение растворенных и  эмульгированных нефтяных загрязнений путем экстракции их с помощью  четыреххлористого  углерода, с последующим  хроматографическим отделением нефтепродукта от прочих соединений органической группы, на заполненной оксидом алюминия колонке. После этого определение количества НП в воде производится по показателям интенсивности поглощения в инфракрасной области спектра C-H связей.

Читать также: Сколько литров нефтепродуктов содержится в барелле нефти?

Инфракрасная спектроскопия на сегодняшний момент является одной из наиболее мощных аналитических методик, и широко применяется в исследованиях как прикладного, так и фундаментального характера. Её применение также возможно для нужд текущего контроля производственного процесса.

Самой популярной на сегодняшний момент методикой такого спектрального ИК-анализа является Фурье-ИК. Спектрометры, действие которых основано на этой методике, даже находящиеся в нижней и средней ценовой нише,  по своим параметрам уже составляют конкуренцию таким традиционным приборам, как дифракционные спектрометры. В настоящее время их широко используют в многочисленных аналитических лабораториях.

Помимо оптики, в стандартную комплектацию таких приборов обязательно входит управляющий компьютер, который не только выполняет функцию  по управлению процессом получения необходимого спектра, но и служит для оперативной  обработки получаемых данных. С помощью таких ИК-спектрометров достаточно легко получить колебательный спектр соединения, представленного для анализа.

Если содержание нефтепродуктов в предоставленной для анализа воде находится  в пределах концентраций от 0,1 до 10 миллиграмм на один кубический дециметр,  то обычно используется фотоколориметр марки ФЭК-56. Если же показатель концентрации варьируется от 0,02 до 1 миллиграмма на один кубический дециметр, то прибор для определения – спектрофотометр марки СФ-4А.

Основными преимуществами данной методики являются:

• малые  количества исходных проб анализируемой  воды (от 200-т до 250-ти миллилитров);
• высокая чувствительность методики (шаг определения – 0,02 миллиграмма на кубический дециметр, что позволяет определять соответствие результатов нормам ПДК для рыбохозяйственных водоемов).

Самым главным недостатком этого способа анализа (особенно при использовании фотоколориметрического  окончания), специалисты называют высокую степень его зависимости от вида анализируемого нефтепродукта. Определение с помощью фотоколориметра требует построения  отдельных калибровочных графиков для каждого типа нефтепродукта. Это связано с тем,  что несоответствие эталона и анализируемого нефтепродукта значительно искажает получаемые результаты.

Этот способ применяется при концентрациях НП от 0,02 до 10 миллиграмм на кубический дециметр. Погрешность измерений при Р равном 0,95 ( ±δ, %) составляет от 25-ти  до 50-ти процентов.

Флуориметрический способ определения содержания НП в воде

Регламентируется ПНД Ф за номером 14.1:2:4.128-98.

Суть этой методики заключается в обезвоживании  нефтепродуктов с последующим их извлечение из воды с помощью  гексана, затем очистки получаемого экстракта (в случае необходимости) и последующего измерения флуоресцентной интенсивности экстракта, которая возникает от оптического возбуждения. Для измерения интенсивности флуоресценции применяется анализатор жидкости марки «Флюорат-2».

К несомненным достоинствам этого метода относятся:

Ароматическим углеводородам для возбуждения и последующей регистрации флуоресцентного излучения необходимы различные условия. Специалисты отмечают зависимость спектральных  изменений флуоресценции от длины волны, которой обладает возбуждающий свет. Если возбуждение происходит  ближней части ультрафиолетового спектра, и уж тем более – в его видимой области, то  флуоресценция проявляется только у полиядерных углеводородов.

Читать также: Как ликвидировать разлив нефтепродуктов и устранить загрязнения?

Так как их доля – достаточно мала, и напрямую зависит от природы исследуемого  нефтепродукта, возникает высокая степень зависимости получаемого аналитического сигнала от конкретного вида НП. При воздействии ультрафиолетового излучения люминесцируют только некоторые  углеводороды, в основном – высокомолекулярные ароматические из группы  полициклических. Причем интенсивность их излучение сильно разнится.

В связи с этим, чтобы получить достоверные результаты, нужно обязательно  иметь в наличие стандартный раствор, который содержит те же люминесцирующие компоненты (причем – в таких же относительных пропорциях), что наличествуют в анализируемой пробе. Это чаще всего  труднодостижимо, поэтому флуориметрический способ определения содержания в воде  нефтепродуктов, который основан на регистрации интенсивности флуоресцентного излучения в видимой части спектра,  для массовых анализов является непригодным.

Этот метод можно применять при концентрациях нефтепродуктов в пределах от  0,005 до 50,0 миллиграммов на кубический дециметр.

Погрешность получаемых результатов (при Р равном 0,95, ( ±δ, %)) составляет от 25-ти до 50-ти процентов.

Метод газовой хроматографии

Применение этой методики регулируется ГОСТ-ом за номером 31953-2012.

Эту методику применяют для определения массовой концентрации  различных нефтепродуктов как в питьевой (включая расфасованную в емкости), так и в  природной (как поверхностной, так и подземной) воде, а также  в воде, содержащейся в источниках хозяйственно-питьевого назначения. Эффективен этот способ и при анализе сточной воды. Главное, чтобы массовая концентрация нефтепродуктов была не меньше, чем  0,02 миллиграмма на кубический дециметр.

Суть метода газовой хроматографии заключается в экстракционном извлечении НП  из анализируемой  пробы воды с помощью экстрагента,  последующей его очистке  от полярных соединений при помощи сорбента, и заключительном  анализе полученного вещества на газовом хроматографе.

Результат получается после суммирования площадей хроматографических пиков выделяемых углеводородов  и путем последующего расчета содержания НП в анализируемой пробе воды с помощью заранее  установленной градуировочной зависимости.

С помощью газовой хроматографии не только определяют общую концентрацию  нефтепродуктов в воде, но и проводят  идентификацию их конкретного состава.

Газовая хроматография вообще представляет собой  методику, основанную   на разделении термостабильных летучих  соединений. Таким требованиям соответствует примерно пять процентов от общего числа известных науке  органических соединений. Однако именно они занимают 70-80 процентов от общего числа используемых человеком в производстве и быту  соединений.

Роль подвижной фазы в этой методике исполняет  газ-носитель (обычно инертной группы), который протекает через неподвижную фазу с гораздо большей площадью поверхности. В качестве газа-носителя  подвижной фазы применяют:

• водород;
• азот;
• углекислый газ;
• гелий;
• аргон.

Чаще всего используется наиболее доступный и недорогой азот.

Именно с помощью газа-носителя обеспечивается перенос по хроматографической колонке разделяемых компонентов. При этом этот газ  не вступает во  взаимодействие  ни с самими разделяемыми компонентами, ни с  ни с веществом неподвижной фазы.

Читать также: Расчёт динамической, кинематической, относительной, условной вязкости нефти

Основные достоинства газовой хроматографии:

• относительная простота используемого оборудования;
• достаточно широкое поле применения;
• возможность высокоточного определения достаточно малых концентраций газов в органических соединениях;
• быстрота получения результатов анализа;
• широкая палитра как используемых  сорбентов, так и  веществ для неподвижных фаз;
• высокий уровень гибкости, позволяющий менять  условия разделения;
• возможность проведения химических реакций в хроматографическом детекторе или в хроматографической  колонке, что значительно увеличивает охват химических соединений, подвергаемых анализу;
• повышенная информативность в случае применения с другими  инструментальными методами анализа (например, с масс-спектрометрией и Фурье-ИК-спектрометрией).

Погрешность результатов этой методики (Р равно 0,95 ( ±δ, %)) составляет от 25-ти до 50-ти процентов.

Стоит отметить, что только способ измерения содержания нефтепродуктов в воде с помощью газовой хроматографии стандартизован в международной организации по стандартизации, которую все мы знаем под аббревиатурой  ИСО, поскольку только он дает возможность идентифицировать виды нефтяных и нефтепродуктовых загрязнений.

Вне зависимости от применяемой методики, постоянный контроль за водами, применяемыми на производстве и в бытовой сфере, жизненно необходим. По данным специалистов-экологов, в некоторых российских регионах более половины всех заболеваний так или иначе связано с качеством питьевой воды.

Большая концентрация нефтепродуктов в воде

Более того, по оценкам тех же ученых, одно только повышение качества воды для питья способно продлить жизнь на срок от пяти до семи лет. Все эти факторы говорят о значимости постоянного мониторинга состояния воды вблизи предприятий нефтяной промышленности, которые являются основными источниками загрязнений окружающей среды нефтью и её производными.

Своевременное обнаружение превышения ПДК  нефтепродуктов в воде позволит избежать масштабных нарушений экосистемы, и своевременно принять необходимые меры по устранению сложившейся ситуации.

Однако, для эффективной работы ученым-экологам необходима государственная поддержка. Причем не столько в виде денежных дотаций, сколько в создании нормативной базы, регулирующей ответственность предприятий народного хозяйства за нарушение экологических норм, а также в жестком контроле за исполнением принятых нормативов.