Концентрации и источники полициклических ароматических углеводородов в воде и донных отложениях рек северных нефтегазодобывающих территорий Западной Сибири

Abstract

Объекты: речные воды и донные отложения, отобранные из 8 водотоков на территории Ямало-Ненецкого автономного округа. Объекты были выбраны таким образом, чтобы охватить реки различного порядка в пределах водосборных бассейнов основных рек ЯНАО. Методы. Содержание и индивидуальный состав полициклических ароматических углеводородов в воде и донных отложениях рек определялось в лаборатории физико-химических исследований керна и пластовых флюидов Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СO РАН (Томск) с использованием метода высокоэффективной жидкостной хроматографии. Статистическая обработка полученных данных проводилась при помощи пакетов программ Microsoft Office Excel и РАST V2.17. Результаты. Изучены особенности распределения полициклических ароматических углеводородов в воде и донных отложениях рек северных территорий Западной Сибири. Общее содержание полициклических ароматических углеводородов в речных водах ЯНАО изменяется от 292,8 до 1098,0 нг/л. Минимальное содержание полициклических ароматических углеводородов, представленных в основном низкомолекулярными соединениями (главным образом фенантреном), связанными с наземной высшей растительностью, установлено в р. Маханяд-Пусъяха, являющейся притоком р. Надым. Наибольшая концентрация изучаемых соединений, представленных в основном высокомолекулярными полициклическими ароматическими углеводородами, идентифицирована в воде р. Апоку-яха, опробованной вблизи разрабатываемых месторождений и относящейся к водосборному бассейну р. Пур. Источники идентифицированных соединений в данной пробе могут быть связаны как с петрогенными, так и пирогенными процессами. Общее содержание полициклических ароматических углеводородов в донных отложениях изменяется от 1900 до 20000 мкг/кг, что обусловлено наличием не только природного, но и антропогенного загрязнения. Максимальная концентрация данных соединений выявлена в донных отложениях р. Апоку-яха. При использовании статистического анализа были установлены индексы, диагностирующие источники ПАУ: для вод пригодными для идентификации источников полициклических ароматических углеводородов являются Flt/Pyr и (Pyr+BaP)/(Chr+Phen), для донных отложений рек ЯНАО - соотношения BaA/(BaA+Chr), Phen/(Phen+Chr) и (Pyr+BaP)/(Chr+Phen). На основе полученных данных установлено, что в реки полициклические ароматические углеводороды поступают, как правило, из природных источников. Вероятные источники поступления полициклических ароматических углеводородов в донные отложения можно разделить на несколько групп: сжигание нефти, процессы горения, а также смешанные источники. Полициклические ароматические углеводороды, идентифицированные в воде и донных отложениях р. Апоку-яха, имеют антропогенный генезис. Проведенная экологическая оценка состояния рек, основанная на расчетах коэффициента опасности полициклических ароматических углеводородов и коэффициента донной аккумуляции, свидетельствует о высоком уровне хронического загрязнения исследуемых объектов. Установлено, что наиболее интенсивное загрязнение характерно для рек, относящихся к водосборному бассейну р. Пур, где идет наиболее активная добыча углеводородного сырья.

The relevance. Huge reserves of both fresh water and hydrocarbons are concentrated on the territory of Western Siberia, the extraction and development of which is increasing every year. Oil is one of the main environmental risk factors for the natural ecosystems of the North. Among the components of oil, polycyclic aromatic hydrocarbons stand out, which have carcinogenic and mutagenic properties and have a negative impact on natural ecosystems. However, there are quite a lot of sources of these organic pollutants entering the environment, including they can be of both natural and anthropogenic origin. The relevance of the study of the content and composition of these components is caused not only by their toxicity, but also by their resistance to chemical and biological transformation, high migration activity and ability to accumulate in natural environments. The aim of this work was to study the individual composition and distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in water and bottom sediments of rivers, and to identify possible sources of polycyclic aromatic hydrocarbons entering water bodies of the Arctic zone of Western Siberia. Objects: river waters and bottom sediments taken from eight watercourses in the territory of the Yamalo-Nenets Autonomous Okrug. The objects were chosen in such a way as to cover rivers of various orders within the catchment basins of the main rivers of the YamaloNenets Autonomous District. Methods. The content and individual composition of polycyclic aromatic hydrocarbons in water and bottom sediments of rivers were determined in the laboratory of physical and chemical studies of core and reservoir fluids of the Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS (Tomsk) using high-performance liquid chromatography. Statistical processing of the obtained data was carried out using the Microsoft Office Excel and PAST V2.17 software packages. Results. The features of the distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in water and bottom sediments of the rivers of the northern territories of Western Siberia have been studied. The total content of polycyclic aromatic hydrocarbons in the river waters of the YamaloNenets Autonomous District varies from 292,8 to 1098,0 ng/l. The minimum content of polycyclic aromatic hydrocarbons, represented mainly by low molecular weight compounds (mainly phenanthrene), associated with terrestrial higher vegetation, was established in the Mahanyad-Pusyakha River, which is a tributary of the Nadym River. The highest concentration of the studied compounds, represented mainly by high molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbons, was identified in the water of the Apoku-yakha River, tested near the developed deposits and related to the catchment area of the Pur River. The sources of identified compounds in this sample can be associated with both petrogenic and pyrogenic processes. The total content of polycyclic aromatic hydrocarbons in bottom sediments varies from 1900 to 20000 µg/kg, which is due to the presence of not only natural, but also anthropogenic pollution. The maximum concentration of these compounds was found in the bottom sediments of the Apoku-yakha River. Using statistical analysis, indices diagnosing polycyclic aromatic hydrocarbon sources were established: for water - ratios Flt/Pyr and (Pyr+BaP)/(Chr+Phen), for bottom sediments - ratios BaA/(BaA+Chr), Phen/(Phen+Chr ) and (Pyr+BaP)/(Chr+Phen).On the basis of the data obtained, it was found that polycyclic aromatic hydrocarbons enter the rivers, as a rule, from natural sources. The probable sources of polycyclic aromatic hydrocarbons entering bottom sediments can be divided into several groups: oil burning, combustion processes, as well as mixed sources. Polycyclic aromatic hydrocarbons identified in water and bottom sediments of the Apoku-yaha River have an anthropogenic genesis. The environmental assessment of the state of the rivers, based on the calculation of the polycyclic aromatic hydrocarbon hazard coefficient and the bottom accumulation coefficient, indicates a high level of chronic pollution of the studied objects. It was established that the most intense pollution is characteristic of the rivers belonging to the catchment area of the Pur River, where the most active hydrocarbon production takes place.