Влияние нефтеперерабатывающих заводов на эколого-геохимическую обстановку прилегающих территорий по данным изучения снегового покрова (на примере гг. Омск, Ачинск, Павлодар)

Актуальность работы. Нефтяная отрасль играет огромную роль в мировой экономике, являясь одним из наиболее интенсивных источников загрязнения окружающей среды. Добыча и транспортировка нефти могут располагаться вдали от населенных пунктов, однако объекты нефтепереработки и нефтехимии, как правило, сосредоточены вблизи мегаполисов и водных объектов, что обуславливает актуальность геоэкологических исследований в их окрестностях.
На долю нефтеперерабатывающей и нефтехимической отрасли в России приходится около 48 % выбросов вредных веществ в атмосферу, 27 % сброса загрязненных сточных вод, свыше 30 % образующихся твердых отходов и до 70 % общего объема эмиссии парниковых газов (Абросимов, 2002). Поступая в атмосферный воздух загрязняющие компоненты систематически могут аккумулироваться в растениях, почвах и других средах, перемешиваться в атмосфере с потоком веществ и проникать в организм человека, что может быть опасным для здоровья.
Опасность для здоровья населения, проживающего в зоне воздействия выбросов нефтехимической и нефтеперерабатывающей отрасли связано с тем, что в составе выбросов преобладают бензин нефтяной, диоксид серы и оксид углерода, сероводород, формальдегиды, сажа, соединения тяжелых металлов и различных химических элементов и других веществ (Даутов и др., 2002; Ефимова и др., 2009; Леденцова и др., 2004). Вопрос о влиянии выбросов нефтехимии и нефтепереработки на формирование качества воздушной среды и здоровье населения изучается с 90-х годов (Голубева и др., 1977; Нарзулаев и др., 1993;). И в настоящее время значительно увеличивается интерес к этой проблеме (Власов и др., 2011; 2012; Охлопков, 2015; Сафаров и др., 2013, 2014; Толочко и др., 2016; Bosco et al., 2015; Park et al., Pasetto et al., 2012; 2006; Yang et al. 2004). Ряд российских работ также подтверждает влияние объектов этой отрасли на население, проживающее рядом с НПЗ и на работников этих заводов (Авалиани и др., 2012; Валеева и др., 2010; Гайнуллина и др., 2009; Ефимова и др., 2009).
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха на НПЗ являются: трубчатые нагревательные печи; реакторы технологических установок, факела и битумные установки (Соркин, 2003). Особенно вызывают опасность нагревательные печи (Быстрицкий, 2014; Катин, 2005; 2007), в которых могут сжигать мазут, нефтяные остатки, в процессе которого могут выделяться различные токсичные и другие элементы (Alonso-Hernández et al., 2011; Di Bella et al., 2018)
Широкое внимание многих исследователей сфокусировано на изучение загрязнения атмосферного воздуха и почв нефтепродуктами, углеводородами, бенз(а)пиреном, фенолом и небольшого перечня тяжелых металлов в районах размещения нефтеперерабатывающей промышленности (Околелова и др., 2010; Степанов и др., 2004; Соромотин, 2017; Oliveira et al.,
5
2014; 2015; Wei et al. 2014; Zhao et al., 2015). В современное время становится актуальным изучение в составе твердых (аэрозольных) частиц атмосферы содержание химических элементов в районах расположения крупнейших заводов, в том числе и данной отрасли данной отрасли (Бортникова и др., 2014; Власов и др., 2011; Прохорова и др., 2010; Ханипова и др., 2012; Baltrėnaitė et al. 2014; Bortnikova, 2017; Bosco еt al., 2005; Kulkarni et al., 2007). Отдельно приобретает внимание вопрос использования различных катализаторов на НПЗ и его отражение на составе пыли в атмосфере (Kulkarni et al., 2008; Moreno et al., 2010; Odabasi et al., 2016; Turner, 2015).
Необходимо принимать во внимание степень урбанизированности территории, проводя подобные исследования, так как наряду с компонентами, характерными для определенного вида производства, возможно содержание веществ, типичных для бо́льшей части промышленных отраслей. Необходимы детальные исследования методами, которые не используют предприятия и органы экологического контроля, с целью выявления максимально полного перечня загрязняющих веществ. Таким методом является исследование депонирующих сред, контактирующих с атмосферой, таких как снеговой покров (Бортникова и др., 2014; Воронцова и др., 2012; Голохваст, 2014; Касимов и др., Назаров, 1976; Рихванов и др., 2008; Таловская и др., 2008; 2010; 2016; Тентюков, 2007; Темерев, 2010; Шатилов, 2002; Язиков и др., 2006; 2010; Bortnikova et al., 2017; Cereceda-Balic et al., 2012; Янченко, 2014; и др.).
Сибирский регион отличается развитием нефтяной отрасли, поэтому ее территории становится удобной для исследования эколого-геохимической обстановки в районах расположения нефтеперерабатывающих заводов.
Объектом исследований являются территории в районах нефтеперерабатывающих заводов в гг. Омске, Ачинске и Павлодаре, дополнительно выбран объект нефтехимической промышленности Томскнефтехим, предмет исследований – твердая и жидкая фазы снега, а также почвенный покров.
Цель исследования состоит в изучении эколого-геохимической обстановки в районах размещения нефтеперерабатывающих предприятий по данным изучения снежного покрова.
Задачи исследований:
1. Определить величину пылевой нагрузки и суммарного показателя загрязнения в окрестностях Омского, Ачинского, Павлодарского нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ).
2. Выявить особенности содержания химических элементов в твердой фазе снега в районах расположения нефтеперерабатывающих комплексов гг. Омска, Ачинска и Павлодара.
3. Установить количественное содержание химических элементов в жидкой фазе снегового покрова и определить её ионный состав в районах расположения нефтеперерабатывающих комплексов гг. Омска, Ачинска и Павлодара.

6
4. Изучить минерально-вещественный состав твердой фазы снега и формы нахождения химических элементов в твердой фазе снега в окрестностях исследуемых нефтеперерабатывающих заводов.
5. Выявить «индикаторные» отношения элементов в окрестностях нефтеперерабатывающих заводов.
6. Установить особенности содержания химических элементов в почвах, почвогрунтах и определить суммарный показатель загрязнения почвенного покрова в окрестностях нефтеперерабатывающих комплексов гг. Омска, Ачинска и Павлодара.
Фактический материал и методы исследования. В основу диссертационной работы положены результаты исследований, проводившихся лично автором и совместно с сотрудниками кафедры геоэкологии и геохимии (в н.в. отделение геологии) Томского политехнического университета в период с 2014 по 2018 гг. Материалы исследований были отобраны, подготовлены и обработаны лично автором.
Работы выполнялись при финансовой поддержке Грантов компании ВР Exploration Operating Company Limited (2016, 2017 гг.) при сотрудничестве с сотрудниками из Проектного института реконструкции и строительства объектов нефти и газа (ЗАО «ПИРС», г.Омск).
Пробы снежного покрова (82 пробы) были отобраны в районах расположения нефтеперерабатывающих заводов в гг. Омск, Ачинск (Россия) и г. Павлодар (Республика Казахстан) и нефтехимического комбината в г.Томск. Пробы почв (59 проб) в окрестностях НПЗ гг.Омск, Ачинск, Павлодар.
Пробы твердой фазы снега и почвы были проанализированы инструментальным нейтронно-активационным анализом (146 проб), реализованный в ядерно-геохимической лаборатории на базе исследовательского ядерного реактора Томского политехнического университета. Содержание ртути в пробах твердой фазы снега (77 проб) и почв (59 проб) измеряли атомно-абсорбционным методом с использованием анализатора ртути РА-915+ с приставкой ПИРО-915 в МИНОЦ «Урановая геология» ТПУ. Кроме этого, пробы твердой (26 проб) и жидкой (26 проб) фазы снега, почв (26 проб) были исследованы методом масс- спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС), гравиметрическим методом (6 проб почв) на содержание нефтепродуктов в химико-аналитическом центре «Плазма» в г.Томске (инженер-исследователь Т.А. Филипас). Методом растровой электронной сканирующей микроскопии изучалось 20 проб (185 частиц) твердой фазы снега на микроскопе Hitachi S-3400N с ЭДС приставкой Bruker XFlash 4010 (консультант Ильенок С.С.) и методом порошковой рентгеновской дифрактометрии исследованы 4 пробы твердой фазы снега и 3 образца почв (дифрактометр Bruker D2 PHASER, МИНОЦ «Урановая геология»).

7
Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии были исследованы 6 проб почв и 12 проб жидкой фазы снега на содержание бенз(а)пирена (ОГБУ «Облкомприрода», аналитики Хромова Е.Н., Морозова Н.В.).
В лабораториях НОЦ «Вода» ТПУ (аналитики В.А. Шушарина, Н.И. Шердакова, М.Г. Камбалина) на базе кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии осуществлялось исследование общего химического состава проб жидкой фазы снега (26 проб) с использованием метода ионной хроматографии; потенциометрии, титрометрии и кондуктометрии.
Аналитические исследования проб проводились в аккредитованных лабораториях согласно аттестованным методикам с использованием стандартных образцов сравнения. Статистическая обработка полученных данных реализовывалась с использоанием прикладных программ: Statistika 8.0 и Microsoft Еxcel 2010.
Степень достоверности обеспечена достаточным количеством проб, проанализированных различными современными высокочувствительными аттестованными аналитическими методами в аккредитованных лабораториях, а также глубиной проработки фактического материала с использованием современных методов статистической обработки и литературы по теме исследования.
Защищаемые положения:
1. Особенности элементного состава твердой фазы снега в районах расположения нефтеперерабатывающих заводов проявляется в повышенных концентрациях Na, As, Br, Sr, Ba, La, Ce, Sm, Tb, Yb, Lu, Та относительно регионального фона. При этом La/Ce-отношение составляет 1,8 (при фоновом – 0,4) в твердой фазе снега в окрестности Омского завода, что отражает использование катализаторов в процессе переработки нефти и их производство на территории предприятия.
2. Для жидкой фазы снежного покрова в районах нефтеперерабатывающих заводов характерны повышенные концентрации Mn, Rb, Nb, V, W относительно природных (речных) вод. При этом в снеговой воде из окрестностей Омского завода La/Ce-отношение составляет 3,8 (при природном в речных водах – 0,6). В жидкой фазе снега в районах Ачинского и Омского заводов фиксируются V/Ni–отношения, составляющие 3 и 2,6 соответственно (при их природном в речных водах – 0,4).
3. Специфические особенности твердой фазы снега в районах расположения исследуемых нефтеперерабатывающих заводов обусловлены наличием собственных микроминеральных фаз и микрочастиц: Омский завод – фосфаты, оксиды редких и редкоземельных элементов, Ачинский завод – V-Ni и Ca-содержащие фазы, Павлодарский завод – Cr-Fe-содержащие микрочастицы.

8
Научная новизна.
1. Впервые изучены величина пылевой нагрузки и особенности элементного состава твердой фазы снега в районах расположения Омского, Ачинского и Павлодарского нефтеперерабатывающих заводов.
2. Выявлены геохимические особенности содержания элементов в составе проб жидкой фазы снега в районах исследуемых заводов и определен ионный состав жидкой фазы снега.
3. Впервые установлены индикаторные отношения элементного состава твердой и жидкой фаз снега в окрестностях Омского, Ачинского и Павлодарского нефтеперерабатывающих заводов в зависимости от специфики производств.
4. В составе твердой фазы снега в окрестностях исследуемых нефтеперерабатывающих заводов впервые определены минеральные формы нахождения химических элементов, а также описаны особенности минерально-вещественного состава техногенных образований с учетом специфики производства и влияния переноса выбросов других предприятий.
Практическая значимость. Выявленные особенности микроэлементного состава проб снежного покрова отражают особенности атмосферных выпадений, которые могут быть использованы для определения эффективности работы служб экологического контроля на каждом предприятии, также для принятия природоохранных мер с целью улучшения экологической обстановки в окрестностях нефтеперерабатывающих заводов в гг.Омск, Ачинск, Павлодар и для оценки рисков здоровью населения, проживающего в рядом расположенных населенных пунктах. Полученные результаты исследований могут быть рекомендованы экологическим службам предприятий для совершенствования нормативных документов для проведения экологического контроля и расширения списка контролируемых веществ.
Материалы диссертационной работы используются при проведении лабораторных и практических занятий по курсам «Минералогия техногенных образований», «Методы исследования вещественного состава природных сред» для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению «Экология и природопользование», отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов Национального исследовательского Томского политехнического университета.
Результаты, полученные при выполнении проекта, позволят создать базу данных по уровню накопления химических элементов в снежном и почвенном покровах в районах расположения предприятий нефтеперерабатывающей промышленности гг. Ачинска, Омска и Павлодара.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы, представлены на 11 Международных, 5 Всероссийских и 5 Региональных научных симпозиумах, форумах, конференциях, совещаниях – Международный научный симпозиум студентов,

9
аспирантов и молодых ученых им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2014 – 2018 гг.); Международный научный форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2017» (г. Москва, 2017 г.), Всероссийская научная конференция “Геохимия ландшафтов”, (г. Москва, 2016 г.); Международная конференция «Геология в развивающемся мире», (г. Пермь, 2017 г.); Первая международная научно-практическая конференция «Снежный покров, атмосферные осадки, аэрозоли: климат и экология северных территорий и Байкальского региона» (г. Иркутск, 2017 г.); Международная конференция «Медицинская геология» MedGeo’17 (г. Москва, 2017 г.); Всероссийская конференция с международным участием «Геохимия окружающей среды и климатических изменений» (г. Иркутск, 2017 г).
По теме диссертации опубликовано более 25 работ, из них 4 статьи в российских изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 3 статьи индексируемые международными базами данных (Web of Science, Scopus).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 192 страницах и состоит из введения, 7 глав и заключения. Список литературы включает 268 наименований, 95 из которых зарубежные. Работа иллюстрирована 77 рисунками и 37 таблицами.
Глава 1 посвящена современному состоянию проблемы загрязнения окружающей среды предприятиями нефтеперерабатывающей и нефтехимической отрасли.
В главе 2 описываются природно-климатические, физико-географические и геоэкологические характеристики городов Омска, Ачинска, Павлодара и Томска, а также краткая характеристика исследуемых НПЗ.
В главе 3 охарактеризован методологический подход к исследованиям, описан полевой и камеральный этапы работы, методы анализа, указываются используемые способы статистической обработки данных.
В главе 4 изложена характеристика пылевого загрязнения и геохимическая специфика твердой фазы снега в окрестностях Омского, Ачинского, Павлодарского НПЗ и Томскнефтехима. Глава 5 содержит характеристику жидкой фазы снега, особенности ионного состава снеговой воды и особенности поведения химических элементов в системе «твердая фаза снега –
жидкая фаза снега» в окрестностях Омского, Ачинского НПЗ и Томскнефтехима.
Глава 6 содержит описание минеральных частиц и форм нахождения химических
элементов.
В главе 7 оценены уровни накопления химических элементов в почвах и почвогрунтах в
районах исследуемых нефтеперерабатывающих заводов, проведена сравнительная характеристика по уровню накопления химических элементов в почвах и твердой фазе снега в окрестностях исследуемых заводов.
В заключении представлены основные выводы.

10
Личный вклад автора заключается в непосредственном отборе проб снежного и почвенного покровов, пробоподготовке, совместно с сотрудниками кафедры геоэкологии и геохимии ТПУ в проведении части лабораторных исследований проб твердой фазы снега и почв в лабораториях МИНОЦ «Урановая геология» (ТПУ); статистической обработке результатов, интерпретации полученных результатов, построение графиков. Формулировка основных положений и написание текста диссертации выполнены автором по плану, согласованному с научным руководителем.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору, д.г.-м.н. Язикову Е.Г. за поддержку и всестороннюю помощь в написании диссертации. Огромную признательность автор выражает доценту, к.г.-м.н. Таловской А.В. за организацию научно-исследовательской работы, помощь и советы в подготовке материалов. Искреннюю благодарность автор выражает профессору, д.г.-м.н. Рихванову Л.П. за ценные советы при написании работы, доценту, к.х.н. Осиповой Н.А., профессору, д.г.-м.н. Арбузову С.И., доценту, к.г.-м.н. Соболеву И.С., профессору, д.б.н. Н.В. Барановской, профессору, д.г.н. О.Г. Савичеву, старшему преподавателю, к.г.-м.н., Б.Р. Соктоеву за консультации при выполнении работы. Отдельную признательность автор выражает старшему преподавателю, к.г.- м.н. Филимоненко Е.А., научному сотруднику ИМКЭС СО РАН Ляпиной Е.Е., начальнику отдела Томской специализированной инспекции государственного экологического контроля и анализа Сайфулиной Е.В. Автор выражает благодарность сотрудникам (Ефремову А.Н., Литау В.В., Федорову П.) ЗАО «ПИРС» за помощь в проведении отбора снежного покрова в районе Омского НПЗ, а также начальнику управления ООСиОС АО «АНПЗ ВНК» Лопух Е.М.
Автор благодарен за аналитическую помощь электронно-микроскопической диагностики ассистенту Ильенку С.С. Автор выражает благодарность за проведение лабораторных исследований аналитикам МИНОЦ «Урановая геология» и НОЦ «Вода» А.Ф. Судыко, Л.В. Богутской. Отдельную благодарность автор выражает родным и близким за терпение и поддержку во время проведения исследований.