Загрязнение почв и грунтов фенолами, методы определения

Фенолами называют вещества, имеющие в своей молекуле бензольное ядро, содержащее одну или более гидроксильных групп. Фенолы принято делить на две группы – летучие с паром фенолы (фенол, крезолы, ксиленолы, гваякол, тимол) и нелетучие фенолы (резорцин, пирокатехин, гидрохинон, пирогаллол и другие многоатомные фенолы). Фенол ядовит, вызывает нарушение функций нервной системы. Пыль, пары и раствор фенола раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, кожу. Однако, фенолы не являются абсолютно вредными веществами. Фенольные соединения необходимы для человека и присутствуют в его организме.

Именно экологические факторы фенола и его производных обусловили то, что США и европейские страны включили 9 соединений этого ряда в список № 1 приоритетных загрязнений.

Фенолы поступают в биоценозы различными путя­ми, в том числе — с промышленными стоками коксохимического производства и различных химических производств (фенолформальдегидных смол, лекарственных препаратов, синтетических волокон, автохимии и др.). Фенолы содержатся в осадках городских сточных вод и могут выщелачиваться оттуда атмосферными осадками, попадая с жидким стоком в почвы и водоемы. Фенолы образуются и в естественных условиях в процессах метаболизма некоторых микроорганизмов, при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих как в почве, так и в водной толще, в донных отложениях.

Скорость разложения фенолов в почвах довольно велика. По данным С.С. Медведева, при исходных дозах 500 мг/кг фенол не обнаруживался в почвах уже через 6 сут., крезолы — через 7—11 сут. Скорость транс­формации составляет примерно 40—120 мг в сутки. Наиболее вероят­ные механизмы реакции разложения связаны с деятельностью микроорганизмов. Скорость разложения тесно связана с типом и положением заместителей в фенольном кольце: наиболее устойчивы вещества с заместителями в мета-положении по отношению к фенольному гидроксилу, а метильные производные менее устойчивы, чем хлорфенолы. Характерно, что менее токсичные фенолы разлага­ются быстрее высокотоксичных, что прямо указывает на биологиче­ский характер процесса разложения.

Отсутствие фенолов в почве, которое обнаруживается по аналити­ческим данным, не всегда связано с их разложением или трансформа­цией. Как и для многих других органических соединений, возможна адсорбция фенолов глинистыми минералами, обратимая или необра­тимая, в частности в зависимости от характера алкильных заместителей в фенольном кольце и состава катионов, насыщающих глинистые минералы. Для большинства фенольных соединений сорбция (или хемосорбция) наиболее хорошо выражена для глин, насыщенных ионами железа, меньше сорбируют Аl-глины, еще меньше — глины, насыщенные медью или ионами кальция.

Влияние поглощенных (обменных) катионов на сорбцию фенолов явно связано со способностью последних образовывать с катионами различных металлов комплексные соединения. Если в образовании таких соединений участвуют свободные катионы почвенного раствора, то могут возникать растворимые комплексы и в таком виде многие металлы, в том числе переходные (или тяжелые металлы), активно мигрируют в почвенном профиле и в ландшафте. Почва при этом освобождается от загрязнения тяжелыми металлами, хотя природные воды испытывают вторичное загрязнение. В этом также проявляется противоречивость многих почвенно-химических процессов.

В любой почве присутствуют неспецифические органические соединения, постоянным компонентом которых являются фенолы. Для объективной оценки токсикации почв фенолами предложен расчет их определения с учетом фенолов естественного и антропогенного происхождения, так как ПДК для фенолов не установлена («Фенольная токсикация почвенного покрова в зоне деятельности нефтехимического предприятия», Околелова А.А., Желтобрюхов В.Ф., Мерзлякова А.С.,  FUNDAMENTAL RESEARCH №4, 2013г.)

Для определения концентрации фенолов антропогенного происхождения предлагается формула расчета:

Фант = Фобщ–Ффон,

где Фант – доля фенолов антропогенного происхождения;

Ффон и Фобщ – соответственно — доля фенолов в фоновой (не загрязненной) и исследуемой загрязненной почвах, мг/кг.

В нашей испытательной лаборатории анализ почв на содержание фенолов производится в соответствии с требованиями ПНД Ф 16.1:2.3:3.44-05 «Методика выполнения измерений массовой доли летучих фенолов в пробах почв, осадков сточных вод и отходов фотометрическим методом после отгонки с водяным паром».

Настоящий документ устанавливает фотометрический метод определения массовой концентрации летучих фенолов и основан на отгонке фенолов из подкисленной пробы почвы, взаимодействии их в отгоне с 4-аминоактипирином в присутствии персульфата аммония и измерении оптической плотности при длине волны 510 нм.

Диапазон измерения массовой концентрации летучих фенолов для почв от 0,05 до 4,0 мг/кг, для отходов и осадков сточных вод — от 0,05 до 80,0 мг/кг.

Если массовая концентрация летучих фенолов в пробе превышает верхнюю границу диапазона, то допускается разбавление перегнанной пробы таким образом, чтобы концентрация фенолов соответствовала регламентированному диапазону.