Оценка цитотоксичности образцов бурового шлама, собранных на территории амбара, в природных условиях ХМАО-Югры

Автор: Нехорошева Александра Викторовна, Киржаков Игорь Федорович, Авдеева Ирина Ивановна, Ахмеджанов Рафик Равильевич

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Статья в выпуске: 5-2 т.17, 2015 года.

Бесплатный доступ

Размещение в объектах природной среды отходов бурения, содержащих тяжелые металлы и другие токсичные вещества, являются основным источником негативного экотоксического воздействия качества на экосистемы в районах ведения буровых работ. В работе методом биотестирования с использованием инфузорий Раrameciumcaudatum проведена оценка цитотоксичности собранных на территории образцов шлама. Сделано заключение о высокой степени неоднородности степени токсичности, как по глубинам, так и по площади амбара. Полученные результаты не позволяют оценить суммарный вклад каждого определяемого компонента в общую токсичность пробы.

Буровой шлам, тяжелые металлы, биотестирование, цитотоксичность

Короткий адрес: https://sciup.org/148204123

IDR: 148204123

Текст научной статьи Оценка цитотоксичности образцов бурового шлама, собранных на территории амбара, в природных условиях ХМАО-Югры

биотестирование, цитотоксичность быстро. Таким требованиям отвечают простейшие. Этот выбор оправдан тем, что, во-первых, инфузории являются типичными представителями фауны водоемов, почв и биологических очистных сооружений, во-вторых, они являются индикаторными видами при оценке загрязнения природных сред и, в-третьих, инфузории отличаются довольно высокой чувствительностью к токсикантам. Биотестирование с использованием инфузорий Раrameciumcaudatum может служить эффективным методом эколого-аналитического контроля природных и сточных вод в комбинации с методами аналитической химии [1-3].

Цель работы: оценить цитотоксичность образцов бурового шлама, собранных на территории амбара, в природных условиях ХМАО-Югры.

Объекты и методы исследований. Местом отбора бурового шлама был выбран куст на территории месторождения типичного месторождения ХМАО-Югры. Отбор проб образцов шлама из амбара производился в зимний период. Зимний период был выбран для того, чтобы была возможность полноценно провести отбор проб по всей площади амбара с разных глубин. Исследуемый амбар первой секции кустовой площадки имеет следующие размеры: длина 90,0 метров, ширина 50,0 метров. Общая глубина шламового амбара 350 см. Мощность отходов бурения в нем составляет 280-290 см. Толщина льда в амбаре составила 70 см. Глубина слоя исследуемого шлама в период отбора проб была в пределах от 80 до 150 см с одной стороны и 80 до 90 см в противоположной стороне. Пробы шлама отбирались пробоотборником собственной конструкции и изготовления. Конструкция пробоотборника позволила отбирать пробы с возможностью разделения их по глубине с сохранением естественной структуры и влажности. Всего в первой секции амбара было отобрано 152 пробы шлама с 21 точки, также было отобрано 2 пробы воды из разных частей амбара. Пробы шлама отбирались по глубине 10 или 20 см, помещались в целлофановые герметичные пакеты, каждой пробе присваивался свой индивидуальный шифр.

На месторождении куста амбар состоит из 3 секций. Скважины бурятся группами по 4 скважины. Расстояние между скважинами в группе – 5 метров, между группами скважин 15 метров. Шламопровод во время бурения в группе смещен вправо от оси скважины на 18 метров. Накопление бурового шлама происходит в большей степени в правой стороне амбара. Первая точка сброса 1 группы 1 скважины располагается на расстоянии в 38 метрах от левого края амбара (рис. 1).

Точки отбора бурового шлама

К-24

К-23

К-22

К-21

lll.iaMOiipouo.'i (сброс шлама н амбар)

К-16 К-17

К-15 к-14 К-13 К-12

К-8 К-9 К-10 К-11 ,

К-7 К-6 К-5 К-4 '

iK-18

К-19

'К-20

6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81 84 87 90

Длина амбара, м

1 группа скважин

2 группа скважин

Рис. 1. Схема отбора проб шлама в первой секции амбара, куст № 12

Определения токсичности водных вытяжек из отходов с использованием в качестве тест-объекта инфузорий – Parameciumcaudatum (в дальнейшем – инфузория). Параметры поведенческой реакции инфузорий определяется с помощью приборов серии «Биотестер». Принцип метода основан на способности тест-объектов реагировать на присутствие в водных вытяжках веществ, представляющих опасность для жизнедеятельности, и направленно перемещаться по градиенту концентраций этих веществ (хемотаксическая реакция), избегая их вредного воздействия [3, 4]. Хемотаксическая реакция реализуется при условии наличия стабильного во времени градиента концентраций химических веществ. Подобный градиент создается путем наслоения в вертикальной кювете (пробирке) инфузорий в загустителе испытуемой жидкости. При этом в измерительной кювете образуется стабильная граница раздела, сохраняемая в течение всего времени биотестирования. Эта граница не препятствует свободному перемещению инфузорий в предпочтительном для них направлении и при этом предотвращает перемешивание жидкостей из нижней и верхней зон. После создания в кювете двух зон в течение 30 минут происходит перераспределение инфузорий по зонам. Важная особенность поведенческой реакции инфузорий - массовое перемещение организмов в верхние слои жидкости. В случае если исследуемая проба не содержит токсических веществ, в кювете будет наблюдаться концентрирование клеток инфузорий в верхней зоне. Наличие в исследуемой пробе токсических веществ приводит к иному характеру перераспределения инфузорий в кювете, а именно: чем выше токсичность пробы, тем меньшая доля инфузорий перемещается в верхнюю зону (исследуемую пробу). Критерием токсического действия является значимое различие в числе клеток инфузорий, наблюдаемых в верхней зоне кюветы в пробе, не содержащей токсических веществ (контроль), по сравнению с этим показателем, наблюдаемым в исследуемой пробе (опыт). Количественная оценка параметра тест-реакции, характеризующего токсическое действие, производится путем расчета соотношения числа клеток инфузорий, наблюдаемых в контрольной и исследуемой пробах и выражается в виде безразмерной величины – индекса токсичности.

Результаты исследований. Результаты исследования образцов (табл. 1, 2, рис. 2) шлама, отобранных в разных слоях, показали высокую степень неоднородности степени токсичности, как по глубинам, так и по площади. Это, в первую очередь, связано с высокой неоднородностью элементного и компонентного состава шлама и не может быть увязано с каким-то одним компонентом или показателем электропроводности. Вступает в силу так называемый кумулятивный эффект. Попытка выявить отдельные показатели (табл. 1, 2), которые оказывают большее влияние на токсичность, не дали результата. Так, в одних пробах К 18 (200-250) высокие содержания нефтепродуктов – 456,8 мг/кг и токсичность равна 1, в других К 7 (150-200) высокие содержания нефтепродуктов – 458,6 мг/кг и токсичность 0,1, в третьих К4 (250-290) содержание нефтепродуктов небольшое – 42,5 мг/л, а токсичность 1. Аналогичная несогласованность наблюдается и по показателю электропроводность – нет прямой связи увеличения токсичности с увеличением электропроводности. Тоже самое можно сказать и по остальным показателям. Таким образом, биотестирование не позволяет оценить суммарный вклад каждого определяемого компонента в общую токсичность пробы.

Например, смесь цинка и меди в 5 раз токсичнее, чем арифметически полученная сумма их токсичности, что обусловлено синергизмом при совместном влиянии этих элементов. Подобным образом действует и смесь цинка с никелем. Однако существуют наборы металлов, совместное действие которых проявляется аддитивно. Ярким примером этого являются цинк и кадмий, проявляющие взаимный физиологический антагонизм. Очевидны проявления синергизма и антагонизма металлов и в их многокомпонентных смесях, поэтому суммарный токсикологический эффект от загрязнения среды ТМ зависит не только от набора и уровня содержания конкретных элементов, но и особенностей их взаимного воздействия на биоту. Возможно, на усиление токсичности оказывают влияние и иные, не определяемые нами, компоненты (СПАВ, фенолы и др.).

Таблица 1. Оценка токсичности образцов шлама, отобранных в амбаре

Место отбора	Показатель средней токсичности	Степень токсичности
К– 4 (150-170)	0,73	высокая
К– 4 (170-190)	1,00	высокая
К– 4 (190-200)	1,00	высокая
К– 4 (200-220)	0,03	допустимая
К– 4 (220-240)	0,00	допустимая
К– 4 (240-250)	1,00	высокая
К– 4 (250-270)	1,00	высокая
К– 4 (290-300)	0,08	допустимая
К– 7 (150-200)	0,05	допустимая
К– 7 (200-250)	0,78	высокая
К– 7 (210-220)	0,30	допустимая
К– 7 (270-280)	1,00	высокая
К-14 (270-280)	1,00	высокая
К-14 (200-210)	1,00	высокая
К-14 (250-260)	0,41	умеренная
К-16 (200-250)	0,00	допустимая
К-16 (250-290)	0,00	допустимая
К-18 (160-180)	0,77	высокая
К-18 (200-220)	0,98	высокая
К-18 (260-280)	0,31	допустимая
К-20 (150-200)	1,00	высокая
К-20 (280-290)	0,83	высокая
К-22 (250-290)	1,00	высокая
К-22 (260-280)	0,83	высокая
К-24 (220-240)	0,82	высокая

Рис. 2. Послойные поля концентраций степени токсичности в исследуемом амбаре

Таблица 2. Общие результаты оценки токсичности образцов шлама, отобранных в амбаре

Шифр точки	Интервал опробования от поверхности, см	Компоненты, мг/кг
Шифр точки	Интервал опробования от поверхности, см	Cr	Ni	Pb	Cu	Cd	V	Co	Al, г/кг	Mn, г/кг	Ba, г/кг	Sr
К-4	150-200	4,0	26,3	14,3	26,2	0,8	9,5	10,3	7,9	0,6	15,3	79,5
К-4	200-250	5,1	22,6	14,6	20,1	0,7	9,6	10,5	9,1	1,7	13,0	50,9
К-4	250-290	6,0	19,7	16,6	22,4	0,6	10,6	9,7	8,7	0,8	12,4	51,6
К-7	150-200	22,7	29,9	19,2	38,7	0,9	22,2	10,9	34,7	1,2	62,2	187,6
К-7	200-250	28,9	22,0	136,4	118,8	1,2	22,1	7,6	45,9	0,9	33,6	222,5
К-7	250-290	7,8	23,2	42,0	38,8	0,6	11,5	8,0	17,6	1,6	21,1	117,9
К-16	200-250	13,3	22,0	28,6	34,0	0,8	13,7	8,7	14,4	0,6	30,5	96,0
К-16	250-290	17,9	24,5	40,4	37,2	0,9	17,2	9,6	18,8	0,8	40,7	106,4
К-18	150-200	24,2	19,9	36,8	61,9	1,0	19,0	6,9	26,2	0,6	38,6	127,7
К-18	200-250	29,3	15,4	43,4	121,0	1,2	19,1	0,6	63,6	0,6	37,3	67,6
К-18	250-290	14,7	21,0	16,2	21,8	0,9	14,9	9,5	13,1	1,2	30,7	68,6
К-20	150-200	25,1	16,4	189,1	110,0	1,0	19,2	5,8	38,6	0,4	18,2	179,9
К-20	200-250	6,6	36,5	20,6	23,2	0,9	12,3	9,6	10,4	1,7	16,5	106,9
К-20	250-290	8,0	22,5	23,4	20,5	0,8	10,8	7,2	9,1	1,1	25,2	78,3
К-22	250-290	5,6	16,0	39,8	18,9	0,5	9,1	6,3	6,5	0,4	26,9	60,0
К-24	200-250	9,7	26,1	20,3	26,0	0,9	13,6	9,2	14,1	1,0	28,2	98,2
К-24	250-290	7,0	15,7	24,2	21,3	0,6	10,4	7,4	9,7	0,8	20,0	50,1

Шиф р точки	Интервал опробования от поверхности, см	Компоненты, мг/кг
Шиф р точки	Интервал опробования от поверхности, см	B	Ti	Zn	K г/кг	Na г/кг	Ca г/кг	Mg г/кг	УЭП, мкСм /см	Н/п	Cl	Токсич ность
К-4	150-200	4,0	26,3	14,3	26,2	0,8	9,5	10,3	7,9	0,6	15,3	79,5
К-4	200-250	5,1	22,6	14,6	20,1	0,7	9,6	10,5	9,1	1,7	13,0	50,9
К-4	250-290	6,0	19,7	16,6	22,4	0,6	10,6	9,7	8,7	0,8	12,4	51,6
К-7	150-200	22,7	29,9	19,2	38,7	0,9	22,2	10,9	34,7	1,2	62,2	187,6
К-7	200-250	28,9	22,0	136,4	118,8	1,2	22,1	7,6	45,9	0,9	33,6	222,5
К-7	250-290	7,8	23,2	42,0	38,8	0,6	11,5	8,0	17,6	1,6	21,1	117,9
К-16	200-250	13,3	22,0	28,6	34,0	0,8	13,7	8,7	14,4	0,6	30,5	96,0
К-16	250-290	17,9	24,5	40,4	37,2	0,9	17,2	9,6	18,8	0,8	40,7	106,4
К-18	150-200	24,2	19,9	36,8	61,9	1,0	19,0	6,9	26,2	0,6	38,6	127,7
К-18	200-250	29,3	15,4	43,4	121,0	1,2	19,1	0,6	63,6	0,6	37,3	67,6
К-18	250-290	14,7	21,0	16,2	21,8	0,9	14,9	9,5	13,1	1,2	30,7	68,6
К-20	150-200	25,1	16,4	189,1	110,0	1,0	19,2	5,8	38,6	0,4	18,2	179,9
К-20	200-250	6,6	36,5	20,6	23,2	0,9	12,3	9,6	10,4	1,7	16,5	106,9
К-20	250-290	8,0	22,5	23,4	20,5	0,8	10,8	7,2	9,1	1,1	25,2	78,3
К-22	250-290	5,6	16,0	39,8	18,9	0,5	9,1	6,3	6,5	0,4	26,9	60,0
К-24	200-250	9,7	26,1	20,3	26,0	0,9	13,6	9,2	14,1	1,0	28,2	98,2
К-24	250-290	7,0	15,7	24,2	21,3	0,6	10,4	7,4	9,7	0,8	20,0	50,1

CYTOTOXICITY ESTIMATION OF DRILLING SLIME SAMPLES, COLLECTED IN THE TERRITORY OF BARN, IN NATURE OF KHANTY-MANSI AUTONOMOUS DISTRICT-UGRA

¹ National Research Tomsk Polytechnical university
² Institute of Mature Management at Ugra State University
³ Siberian Regional Center of Emercom of Russia

Выводы: биотестирование не позволяет оценить суммарный вклад каждого определяемого компонента в общую токсичность пробы.

Список литературы Оценка цитотоксичности образцов бурового шлама, собранных на территории амбара, в природных условиях ХМАО-Югры

Гузев, В.С. Перспективы эколого-микробиологической экспертизы состояния почв при антропогенных воздействиях/В.С. Гузев, С.В. Левин//Почвоведение. 1991. № 9. С. 50-62.
Гродницкая, И.Д. Эколого-микробиологическая индикация и биоремедиация почв естественных и нарушенных Лесных экосистем Сибири. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук. -Красноярск, 2013. 42 с.
Маячкина, Н.В. Особенности биотестирования почв с целью их экотоксикологической оценки./Н.В. Маячкина, М.В. Чугунова//Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобаческого. 2009. №1. С. 84-93.
Токсикологические методы анализа. Методика определения токсичности питьевых, природных и сточных вод, водных вытяжек из почв и отходов производства и потребления//ПНД Ф Т 14.1:2:4.10-2004 Т 16.1:2.3:3.7-2004 ФБУ «ФЦАО», Сибирский федеральный университет, 2012г, 43 с.

Статья научная