ЕКОЛОГО-ХІМІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ФЕНОЛІВ - Еколого-гідрогеологічні особливості підземних пластових та супутніх (стічних) вод Пинянського газового родовища

Фенол (бензенол) - кристалічна речовина з температурою плавлення 43 0С, температурою кипіння 181 0С, розчиняється у воді (при 15 0С - біля 8 %). З водою утворює гідрат (температура плавлення 16 0С), який називають карболовою кислотою. Невеликі кількості води значно знижують температуру плавлення фенолу. Він має характерний запах. Фенол викликає опіки на шкірі. Фенол був одним з перших антисептиків, застосованих у медицині.

Джерелом біогенних фенолів є рослинний і тваринний світ, при домінантній ролі рослинного. Техногенні феноли є продуктами: а) переробки органічних корисних копалин (торфу, вугілля, нафти та нафтопродуктів), рослинної сировини і б) промислового синтезу. Феноли групи "а" є відносно техногенними, або біотехногенними, оскільки утворюються у природних умовах при участі рослинного і тваринного світу і лише потім виокремлюються техногенними методами. Феноли групи "б" - абсолютно техногенні. При цьому біогенні і техногенні феноли можуть мати одну хімічну природу і виконувати одну і ту ж геобіоекологічну роль, або ж відрізнятися одні від інших. Ті фенольні сполуки, які не зустрічаються у природі, відносяться до ксенобіотиків і створюють найбільшу небезпеку внаслідок відсутності у природних умовах механізму до знешкодження цих речовин. Біогенні феноли потрапляють у довкілля внаслідок процесів життєдіяльності рослинних і тваринних організмів, а також при постнатальному розкладі рослинних і тваринних залишків. На кількість і склад продукованих фенолів здійснює суттєвий вплив видова приналежність, вік, характер живлення, враженість шкідниками і хворобами.

Рослинні феноли відрізняються надзвичайним різноманіттям. Загальна кількість рослинних фенолів сягає трьох тисяч. Серед них є мономерні феноли (одно-, двох - і поліатомні, одно-, двох - і поліядерні, з насиченими і ненасиченими бічними ланцюгами, карбо - і гетероциколами і різноманітними функціональними групами), олігомерні, які вміщують залишки від двох до десяти мономерних фенолів, і полімерні, які включають десятки, сотні і тисячі залишків фенолів і інших мономерних речовин.

Часто фенольні речовини є поліфункціональними і, окрім фенольного гідрооксиду, вміщують одну або декілька інших функціональних груп. Серед них часто зустрічаються карбоксильні (COOH), аміно - (NH2), нітро - (NO2), галоїдні (Cl, Br, J) та інші групи. Крім цього достаньо широко розповсюджені феноли, що вміщують три і більше різних функціональних груп. Поліфункціональність цих сполук призводить до високої активності і різноманіття хімічних перетворень.

Фенольні речовини характеризуються різноманіттям біологічної активності і багатоплановістю біосферних функцій, серед яких найважливіша фізіологічна. Вони регулюють проростання насіння, ріст і розвиток рослин, колір цвіту і плодів, приймають участь в репродукції [27, 28], виконують захисну роль при пошкодженні рослин. Особливо велика роль фенолів в організмі тварин. Амінокислоти, що вміщують фенольний гідрооксид, входять у структуру білків. Вітамін Е (токофероли) вітамін К і його аналоги вітамін Р, гормони, коферменти, антиоксиданти, медіатори, антибіотики, стероїди забезпечують життєві процеси [29].

В природних умовах одні феноли знаходяться на місці їх утворення - автохтонні, інші привносяться ззовні - алохтонні, головним чином з паводковими і грунтовими водами або з повітряними потоками. Тому в цьому чи іншому геобіоценозі можуть знаходитися феноли, які за кількістю і складом є не характерними для цієї природної системи. Серед алохтонних фенолів є як біогенні, так і техногенні. Донорами алохтонних природних фенолів переважно є геобіоценози з підвищеним вмістом фенольних речовин (болота, торф'яні грунти). Найактивнішими донорами великої кількості фенолів з чітко вираженою кислотною функцією є верхові болота, оскільки рослинність цих боліт (мох, лишайники) вміщують велику кількість рухомих низькомолекулярних фенолокислот, катехінів і флавонів. Активними акцепторами аллофенолів є заплавні і низинні грунти. Поглинаюча активність грунтів значним чином залежить від їхнього механічного складу та вмісту органічної речовини. Важкий механічний склад підвищує сорбційну активність грунту. Грунти, збагачені органічною речовиною також, як правило, є більш активними сорбентами.

Значним джерелом фенольного забруднення геобіоценозів є нафта. У нафті Західного Сибіру було встановлено присутність фенолів, крезолів, диметил (2,6-, 2,4-, 2,5-, 3,6-) фенолів, а також 2-етил-, 2-метил-6-етил-, 2,3-диметил-4-етил-, 2,3,6-триметил-2-ізопілфенолів [30]. Виявилося, що індивідуальний склад фенолів у нафтах різного віку та різних умов залягання подібний. Проте їхній груповий склад варіював у широких межах. Розподіл фенолів у фракціях також виявився неоднорідним. З підвищенням температури кипіння фракції кількість фенолів зростає, проте ця залежність інколи не зберігається. Феноли разом з карбоновими кислотами характерні для кислої фракції високов'язкої нафти.

У нафтах півночі Тюмені в більш глибоко залягаючих пластах кількість фенолів і крезолів зростає. У нафтах знаходяться також нафтоли, оксибензофурани, інданоли, двохатомні моноядерні феноли. Встановлена також присутність тіофенолів, кількість яких сягала від 50 до 96 % сірковмісних сполук. Наявність в складі нафти важких металів, особливо комплексоутворювачів (Fe, Cu, Co, Mo, Cr, Hg, As і ін.) створює передумови для утворення комплексних сполук з фенолами.

Незважаючи на низький вміст фенолів у нафті, який складає соті і навіть тисячні частки процента, нафта не може бути виключена зі списку фенольних забруднювачів довкілля, оскільки їхнє поступлення в середовище може бути дуже значним внаслідок великих втрат при видобутку і транспортуванні нафти. Так, тільки втрати нафти при транспортуванні по трубопроводах в межах Тюменської області щорічно складають 500 тис. тон. Прийнято вважати, що втрати нафти складають біля двох процентів від добутої.

Вміст фенольних сполук в поверхневих водах за кількістю і різноманіттям значно переважає їх вміст у підземних. Фенольні сполуки в залежності від особливостей складу, будови і концентрації здійснюють певний вплив на загальні і специфічні показники води. Феноли здатні змінити прозорість і колір води, впливати на величину pH, на концентрацію розчиненого кисню, на перманганатну і біхроматну окислювальність, на біологічне засвоєння кисню, на хімічне засвоєння кисню, ат також на гідробіологічні показники - біомасу фітопланктону, на валову первинну продукцію і на бактеріологічні - індекс сапрофітності і продукування органічної речовини.

Фенолокислоти здатні пригнічувати ріст і розвиток синьозелених водоростей. Проте в цих же концентраціях вони не пригнічують розвиток зелених, діатомових і інших водоростей. Таким чином, фенольні метаболіти можуть бути регуляторами груп фітопланктону.

Феноли не тільки переводять метали з розчиненого у воді стану, але і сприяють міграції елементів у гідросфері. Концентрація фенолів у воді деяких тайгових і тундрових рік Сибіру становить такі величини (мг/л): Об - 0,002, Єнісей - 0,003, Лєна - 0,004, Індигірка - 0,04 (Siklomanov et al., 1993). Вміст фенолів у цих ріках значною мірою зумовлений техногенним забрудненням.

У грунтах феноли існують у декількох формах: вільні, зв'язані і міцнозв'язані з грунтовою матрицею і не переміщуються в профілі грунту. Співвідношення між ними визначається хімічною структурою фенолів і сукупністю грунтових умов. Певна частина фенолів пов'язана з грунтовими ліпідами, інша - з вуглеводами чи іншими органічними або мінеральними речовинами. В "чистих" грунтах нафтогазового регіону, які не піддані забрудненню техногенними фенолами, вміст фенолів не виходить за межі ГДК. При забрудненні внаслідок розливу нафти, попадання стічних вод промислових чи комунальних підприємств концентрація фенолів маже в декілька разів перевищити ГДК.

Зв'язування фенолами токсичних речовин - важких металів, пестицидів [31] радіоактивних - важлива біосферна функція фенолів, внаслідок якої відбувається зниження токсичності зв'язаних речовин та змінюється характер їхньої поведінки. Перетворення фенолів в природному середовищі знаходиться під впливом ряду факторів: температури, вологи, реакції середовища та окисно-відновного потенціалу, мінералогічного складу, присутності органічних речовин, щільності грунту, аерації, каталітичних властивостей речовин і ін.

Похожие статьи




ЕКОЛОГО-ХІМІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ФЕНОЛІВ - Еколого-гідрогеологічні особливості підземних пластових та супутніх (стічних) вод Пинянського газового родовища

Предыдущая | Следующая