Мазут что это объяснить ребенку
Что такое мазут, как и где используют
Мазут – это черная вязкая субстанция, которая остается после перегонки нефти и выделения дистиллятных фракций. Даже перевод его названия означает, что это отходы, получаемые при перегонке.
Температура, при которой его получают, 350-360 градусов. Нефтепродукт применяется в нефтеперерабатывающей, сельскохозяйственной, судовой, металлургических областях.
Свойства мазута
Использование этого продукта напрямую связано с его составом, который зависит в свою очередь от состава исходного сырья, степени отгона основных фракций. Черного или темно-коричневого цвета жидкость отличается горючестью.
Одним из основных параметров считается вязкость. Этот показатель лежит в пределах 8-80 мм2/с. От его величины зависит область применения, а также условия наполнения емкостей для транспортировки, особенности перевозки и слив. Из-за того, что этот показатель растет при понижении температуры, с перекачкой и сливом возникают трудности, состоящие в предварительном подогреве.
Также к основным характеристикам относятся:
Фракционный состав мазута (химический)
В мазуте присутствует много химических веществ и элементов:
Способы получения мазута
Основной способ получения этого вещества — выделение из нефти (температура выкипания 350-360 °C). В незначительных объемах его производят из каменного угля отдельных марок и горючих сланцев.
Как уже было сказано, свойства конечного продукта зависят от состава исходного сырья (нефти) и степени переработки.
Технические характеристики
Марки мазута
Маркировка соответствует ГОСТ 10585-2013: буквой обозначают область использования (М-топочный, Ф – флотский), цифрой – плотность продукта.
Плотность мазута
Этот показатель регламентируется ГОСТ 10585-2013.Определяют плотность при 15 градусах. Для марки Ф5 плотность равна 958,3 кг/м3. Для М40 и М100 – соответственно 965 кг/м3и 1015 кг/м3.
Применение мазута
Эту разновидность топлива, использовать можно в системах индивидуального отопления домов, спецтехнике и силовых агрегатах, технологических промышленных установках, в быту и в сельхозфермах.
Этот нефтепродукт используют в качестве котельного и бункерного топлива, идет он на изготовление флотского мазута, топлива для крейцкопфных моторов, применяется в фермерских хозяйствах (М-40) для просушки зерна, овощей и фруктов, изготовления кормов. В быту он подходит для отопления частных домов. Ф5 используется на судовых энергоустановках в качестве топлива. М100 подходит для систем парового отопления и т.д.
Помимо использования в чистом виде, мазут подвергают повторной переработке, получая гудрон, являющийся составляющей битума. Последний служит материалом для устройства и ремонта дорог и кровель. Большая его часть идет на изготовление смазочных материалов.
Мазут на рынке и экспорт из России
Перевозят мазут автомобильным и железнодорожным транспортом. Для автоперевозок используют различные виды цистерн: автоцистерну, цистерну-прицеп, термос и полуприцеп. Поскольку груз является опасным, работающие с ним транспортные организации должны иметь всю нужную документацию. Для доставки на значительные расстояния более рентабельным является транспортировка по трубопроводу. Из-за того, что мазут становится более вязким при низких температурах, перекачивать и транспортировать его становится труднее: без предварительного подогрева в такой ситуации не обойтись.
В последние годы на мировом рынке отмечается спад спроса на этот продукт. Снижение объясняют переходом на низкосернистое топливо, уменьшение его объема для производства тепла и электроэнергии, переход на использование газа для отопления промышленных и жилых помещений.
Аналитики прогнозируют, что спад продаж будет продолжаться. Хотя в силу медленного перехода на гибридное топливо, процесс этот будет плавным.
Пока же лидирующие позиции по продажам мазута занимают Сингапур и Китай. Их доля в общем объеме соответственно достигает 10,2 и 9,9 процентов. В числе лидеров также США, Франция, Великобритания, Япония и Германия.
В России также отмечено снижение производства мазута топочного. Оно имеется не только на внутреннем российском рынке, но и в поставках в другие страны: в первом полугодии минувшего года экспорт составил лишь 14,2 миллиона тонн. Свой вклад в ситуацию внесла пандемия COVID-19. После снижения цены в начале года, рынок несколько оживился, котировки мазута, содержащего 3,5% серы, выросли в странах Северной Европы. Крупнейшим потребителем темного продукта остаются США (до 32%), второе место занимают Нидерланды (11%).
Область применения мазута
Мазутом называют жидкий нефтепродукт, который представляет собой остаток после того, как из нефти или продуктов ее вторичной перегонки были выделены дистиллятные фракции. Они получаются при выкипании при 350-360 °C. Происхождение отражает даже название, которое происходит от турецкого mazut, означающего «отходы, отбросы после переработки нефти». Предлагаем подробнее рассмотреть, зачем нужен мазут, т. е. его применение в разных сферах жизни человека.
Свойства мазута
Состав и применение мазута напрямую связаны друг с другом. Он представляет собой горючую вязкую жидкость темно-коричневого или черного цвета. Конкретные физическо-химические свойства определяются химическим составом исходной нефти и степенью отгона дистиллятных (бензиновых, газойлевых и керосиновых) фракций. Главным показателем мазута выступает вязкость, которая колеблется в пределах 8-80 мм 2 /с. От нее зависит не только то, для каких целей будет использоваться мазут, но и условия транспортировки нефтепродукта, заполнения им емкостей и последующего слива. При понижении температуры вязкость возрастает, из-за чего перекачка по трубам и слив из емкости становится невозможным без предварительного подогрева.
Кроме вязкости важны следующие свойства:
Характеристики разных видов мазута
Каждая из характеристик имеет нормативные значения, поскольку от них зависит возможность использовать мазут по назначению. Например, зольность не должна превышать указанного уровня, поскольку зола, образующаяся при сгорании мазута, засоряет форсунки, из-за чего оборудование приходится периодически чистить. Еще зола ускоряет коррозию металлических деталей и негативно сказывается на экологической обстановке региона. Количество сернистых соединений тоже ограничивается по причине ядовитости и ускорения коррозионных процессов.
Мазут обладает высокой степенью загрязнения. При его сжигании на открытых пространства выделяется большое количество черной копоти, вредной для человека и окружающей среды. В сравнении с бензином и керосином мазут считается малоопасным для человека (относится к IV классу опасности). Но необходимо помнить, что при возгорании продукта в атмосферу выделяются опасные пары. Для тушения в таких случаях используют углекислый газ или специальную химическую пену.
Марки мазута
Согласно п. 3.1 ГОСТ 10585-2013, в зависимости от того, где применяется мазут, его классифицируют на несколько марок:
При перевозке нефтепродукта поддерживается необходимый температурный режим
Плотность мазута
Применение мазута
К основным областям применения мазута относятся промышленность, флот, жилищно-коммунальное и сельское хозяйство. Нефтепродукт применяют в качестве котельного топлива. Из марок М-40 и М-100 производят флотский мазут, а еще бункерное топливо и тяжелое моторное топливо для крейцкопфных двигателей (в них шатун и поршень связаны между собой крейцкопфом (ползуном).
В бытовых условиях нефтепродукт применяется для отопления частных жилых домов. Топливо подходит для отопительных систем низкой и средней мощности. Еще его применяют в фермерском хозяйстве с целью заготовки на зиму сена, фруктов и овощей, т. е. для изготовления кормов для животных.
Для чего и где используют мазут определенных марок:
Здесь перечислены те сферы, где применяют мазут в чистом виде. Но этим его использование не ограничивается, поскольку он может подвергаться вторичной переработке. Другой сферой применения мазута в промышленности является производство продуктов его перегонки. Яркий пример – гудрон, который нужен для изготовления битума и остаточных масел. Битум, в свою очередь, широко применяется в дорожном строительстве и производстве изоляционных и отделочных материалов, таких как рулонная гидроизоляция и битумная черепица.
Продукты переработки мазута и их применение – одна из популярных тем в промышленности, поскольку подобные нефтепродукты используются в ее крупнейших отраслях. Кроме битума в эту категорию входят:
Вывод
Если говорить о применении мазута кратко, можно сказать, что это разновидность топлива, которое используется в различных отопительных системах, технологических установках, силовых агрегатах и специальной технике. Продукт широко распространен в бытовых условиях, сельском хозяйстве и промышленности, он может обслуживать производства разного уровня. Мазут может подвергаться дальнейшей переработке для получения битума, различных видов топлива и остаточных масел, которые получили не менее широкое распространение во многих сферах жизни человека.
Смежные материалы
Эксплуатационные свойства нефтепродуктов
Под механическими примесями подразумеваются такие вещества, которые обычно находятся в слоях нефти и нефтепродуктов в виде взвеси или осадка, задерживаемые фильтром. Такие примеси негативно влияют на работу двигателей и другого оборудования, поэтому их концентрация в нефтепродуктах строго стандартизируется определёнными нормами. Так, степень чистоты масла оценивают, исходя из числа фильтрации и количества осадка, которые задерживает фильтр.
Мазут, химический состав, свойства и применение
Мазут, химический состав, свойства и применение.
Мазут – это горючая вязкая жидкость, горючее топливо. Представляет собой остаток после выделения из нефти или продуктов её вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350-360 °С.
Мазут, как топливо:
Мазут (с арабского «мазхулат» – «отбросы») – жидкий продукт тёмно-коричневого или черного цвета. Мазут – это горючая вязкая жидкость, горючее топливо .
Мазут представляет собой остаток после выделения из нефти или продуктов её вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350-360 °С. Также мазут получают из каменного угля и горючих сланцев, однако такое производство развито в небольших объемах.
Основным показателем качества мазута при его маркировке является вязкость, определяющая условия заполнения и слива баков, цистерн, танкеров и других емкостей, транспортирования мазута по трубопроводам, подачи его в топочное пространство печей и т.д. Вязкость мазута оценивается в единицах условной вязкости (°ВУ) и определяется отношением времени непрерывного истечения 200 мл мазута при заданной температуре к времени истечения такого же объема дистиллированной воды при температуре 20 °С. Вязкость мазута зависит от температуры, плотности и смолистости. При низких температурах вязкость мазута значительно возрастает, поэтому слив его из емкостей и перекачка по трубопроводам могут проводиться только после предварительного подогрева топлива.
Плотность мазута колеблется в пределах 0,89-1,02 г/см 3 и повышается с увеличением вязкости. Чем меньше плотность мазута, тем легче и быстрее отделяются от него вода и механические примеси.
Мазут обладает высокими загрязняющими свойствами. При сжигании мазута на открытом пространстве выделяется значительное количество черной копоти, которая наносит ущерб окружающей среде и токсична для человека.
Химический состав мазута:
Мазут по своему химическому составу представляет собой смесь различных углеводородных и неуглеводородных компонентов:
– углеводородов с молекулярной массой от 400 до 1000 г/моль,
– нефтяных смол с молекулярной массой от 500 до 3000 и более г/моль,
– органических соединений, содержащих металлы (ванадий V, никель Ni, железо Fe, магний Mg, натрий Na, кальций Ca).
Физико-химические свойства мазута зависят от химического состава исходной нефти и степени ее переработки – отгона дистиллятных фракций.
Ниже в таблице приводится элементный состав мазута:
Марки и виды мазута:
В соответствии с ГОСТом 10585-2013 « Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия» в зависимости от назначения установлены следующие марки мазута:
Обозначение мазута включает в себя:
– для мазута флотского – марку и массовую долю серы. Например, мазут флотский Ф5, 1,50% по ГОСТ 10585-2013,
– для мазутов топочных – марку, массовую долю серы, зольность и температуру застывания. Например, мазут топочный 100, 2,00%, малозольный, 25 °С по ГОСТ 10585-2013.
По уровню содержания серы мазут подразделяется на малосернистый – не больше 0,5 % серы, сернистый – до 1 % и высокосернистый – до 3,5 %.
Требования ГОСТ к физико-химическим показателям мазута:
ГОСТом 10585-2013 «Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия» установлены следующие требования к физико-химическим показателям мазута:
Физические свойства мазута. Температура застывания, вспышки, воспламенения и самовоспламенения мазута:
* – температура застывания — это температура, при которой нефтепродукт теряет подвижность в условиях испытания. Температурой застывания считают температуру, при которой уровень нефтепродукта в стандартной плоскодонной пробирке при ее наклоне под 45° не меняет своего положения в течение 1 минуты;
** – температура воспламенения – это температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение;
*** – температура вспышки называют такую температуру, при которой пары нефтепродукта образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней огня.
Применение мазута:
Мазут
Мазут – это нефтепродукт, состоящих из остаточных веществ, образуемых после переработки нефти и отгонки из нее основных фракций. Выступает разновидностью тяжелого жидкого топлива, используемого в отопительном оборудовании во многих сферах: сельскохозяйственной, нефтеперерабатывающей, металлургической, судовой.
Фракционный (химический) состав мазута
Мазут – жидкость темно-коричневого, иногда почти черного цвета. В составе присутствуют разные химические вещества:
Содержание химических элементов в составе:
Кроме них состав включает некоторое количество механических примесей и воды.
Способы получения мазута
Основной способ получения мазута – выделение из нефти посредством выкипания при температуре 350-360 °C фракций: газойлевых, керосиновых, бензиновых. Небольшие объемы производства приходятся на изготовление из горючих сланцев или каменного угля. Физико-химические характеристики мазута могут различаться в зависимости от того, какой состав имела исходная нефть и какова была степень ее переработки.
Технические характеристики
Основное свойство мазута – вязкость, от которой зависят:
Ее измеряют в единицах условной вязкости (°ВУ). Характеристику определяют как отношение временных показателей: времени истечения 200 мл мазута при заданной температуре окружающей среды к времени истечения того же объема очищенной воды при 20 °C.
Другие важные характеристики:
Виды мазута
В соответствии с п. 3.1 ГОСТ 10585-2013 выделяется несколько марок мазута:
Способы (область) применения
Мазут активно применяют на производстве, в судовых генераторах и гражданских котельных станциях. Основное назначение – топливо для перечисленных установок. При использовании мазута важно учитывать, что у него высокие загрязняющие свойства. Сгорая на открытом пространстве, продукт выделяет черную копоть, которая токсична для человека и окружающей среды.
Особенности транспортировки и хранения
Мазут перевозят водным, железнодорожным и автомобильным транспортом. Последний наиболее распространен, включает разные виды: прицеп-цистерну, автоцистерну, цистерну-термос, полуприцеп-цистерну. Для транспортировки на большие расстояния используют трубопроводы.
Перевозка осуществляется по требованиям ДОПОГ (ADR), которое представляет собой соглашение, определяющее правила транспортировки опасных грузов. У организации, осуществляющей перевозку, должна быть соответствующая лицензия на оказание таких услуг.
При низких температурах мазут становится более вязким, из-за чего становится труднее его транспортировать и перекачивать. Чтобы решить проблему, вязкость нефтепродукта повышают путем предварительного подогрева.
Регламентирующие документы (ГОСТы, ТУ)
Основным регламентирующим документом выступает ГОСТ 10585-2013, содержащий технические условия для получения мазута, который в дальнейшем применяется в качестве топлива.
Греть, дымить и загрязнять: история мазута в России
Об авторе
Захар Иванович Слуковский — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории геохимии, четвертичной геологии и геоэкологии Института геологии Карельского научного центра РАН. Область научных интересов — экологическая геохимия, геоэкология, биогеохимия, биоиндикация.
Сегодня, наверное, даже ребенок младшего школьного возраста знает, что мы живем в нефтяную эпоху и каждый день сталкиваемся с вещами, созданными из нефти или функционирующими благодаря ей. Неудивительно, что цены на черное золото так волнуют всех россиян, ведь благосостояние нашей страны напрямую зависит от того, сколько этого сырья мы продадим другим государствам и, главное, сколько за это выручим. Однако существует и внутреннее потребление нефти и продуктов ее переработки. Один из них — мазут. О нем и его прямой связи с загрязнением окружающей среды северных городов России я и расскажу подробней.
Недооцененные «отбросы»
Мазут — вязкое жидкое топливо темно-коричневого цвета, представляющее собой остаток после выпадения из нефти в процессе переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций [1]. Слово «мазут» происходит от турецкого mazot и арабского mahzūlāt, что означает ‘отбросы’ или ‘отходы’. Основная область применения мазута связана с деятельностью предприятий энергетики — котельных, тепловых электростанций (ТЭС) и теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), где мазут используется в качестве топлива [1, 2]. Кроме того, мазут применяется для получения смазочных масел, кокса, битумов, моторного топлива. Но основное его использование все же связано с получением тепла и электроэнергии. В России и в некоторых странах бывшего СССР технические характеристики мазута регламентирует ГОСТ 10585-2013 «Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия». Именно в этом документе официально закреплены такие понятия, как «топочный мазут», применяемый на предприятиях энергоблока, и «флотский мазут», используемый на кораблях. Самые популярные марки мазута — М40 и М100 (топочные) и Ф5 и Ф12 (флотские). Их отличия связаны с основными физико-химическими параметрами топлива — вязкостью, влажностью, зольностью, массовой долей серы и различных примесей.
Рис. 1. «Внешний вид и разрез нефтяной форсунки инженера Шухова (1881 г.), действующей водяным паром. Размер в 3 раза меньше натуры. Через А в центральную трубку входят нефтяные остатки, через В пар из паровика. Исправное действие удостоверяется многолетним применением на множестве топок» (рисунки 53 и 54 на с. 169 книги Д. И. Менделеева «Основы фабрично-заводской промышленности», 1897)
Нефть, как полезное сырье, известна человеку давно, однако настоящая нефтяная эпоха началась ближе к середине XIX в., и во многом она связана с использованием не сырой, а переработанной нефти. Один из первых заводов по ее перегонке был организован в 1823 г. на юге России братьями Василием, Герасимом и Макаром Дубиниными. Производя различные продукты перегонки нефти для аптечных и осветительных целей, в качестве остатка они получали мазут. Однако о его использовании в то время речи не шло [3]. Даже с началом активного производства керосина в России к концу 1850-х годов мазут по-прежнему выбрасывали за ненадобностью. Это при том, что из 40 ведер нефти получалось аж 20 ведер мазута и лишь 16 — керосина. Значительную часть мазута безбожно выливали в озера (обязательно вспомним об этом ближе к концу статьи!) и в специально вырытые пруды [3]. Главной проблемой была густая консистенция мазута, из-за чего он плохо горел. В 1866 г. инженер и изобретатель А. И. Шпаковский придумал пульверизатор для подачи жидкого топлива, а чуть позже, в 1880 г., другой русский инженер — В. Г. Шухов — изобрел специальную форсунку (рис. 1), в которой вытекающее по узкому каналу топливо силой водяного пара превращалось в мельчайшую пыль. Эта пыль, попадая в камеру сгорания, испарялась, смешивалась с воздухом и хорошо сгорала [4].
В первую очередь новое топливо стали активно использовать на судах, где оно частично заменило неэкономичный и грязный во всех отношениях уголь. Уже в конце 1870-х годов Людвиг Нобель (брат известного на весь мир Альфреда Нобеля) приобрел у Шухова патент на производство его форсунки и внедрил ее в двигатели нефтяных танкеров, а ближе к концу XIX в. мазут стал широко применяться в качестве топлива на заводах и фабриках. В общем, форсунка Шухова оказалась настолько удачной, что ее изображение даже попало на обложку книги Д. И. Менделеева «Основы фабрично-заводской промышленности» (1897). И это не случайно. Дмитрий Иванович был одним из идеологов практического использования мазута, а посему высоко оценил изобретение Шухова.
Дайте Северу тепло!
Россия — страна северная. Зима в отдельных регионах, особенно тех, которые входят в Арктическую зону РФ, может длиться до полугода и даже дольше. Это означает, что развитие городских территорий и промышленности в условиях сурового климата возможно только при достаточном обогреве в зимний период. Одним из вариантов было и остается строительство и использование котельных, ТЭС и ТЭЦ, на которых и стал использоваться мазут, наряду с углем и реже — с торфом.
Рис. 2. Вид на Мурманск и дымящие трубы ТЭЦ. Фото автора
Из почвы в воду
Состав мазута напрямую определяется составом нефти. Кроме серы, о которой было сказано выше, из нефти в продуты ее переработки попадают еще два химических элемента, важных с точки зрения экологических исследований, — ванадий и никель. В нефти Западной Сибири концентрация ванадия варьирует от 1 до 58 мг/кг, а никеля — от 5 до 15 мг/кг [6]. Наряду с железом они — самые распространенные примеси и в продуктах переработки нефти, включая тяжелые нефтяные фракции — гудрон, кокс и мазут (рис. 3). Эти примесные металлы преимущественно концентрируются в золе мазута. Например, содержание оксидов ванадия может составлять до 50% от массы всей золы [1], но в среднем эти значения составляют 6–12%. Среднее содержание никеля в золах топочного мазута 3–4% [7]. Остальные тяжелые металлы в мазутной золе представлены в гораздо меньших количествах. Высокими концентрациями ванадия и никеля характеризуются в основном высокосернистные мазуты, тогда как в сырье с малым содержанием серы металлические примеси (особенно ванадий) часто имеют следовые количества [1].
Рис. 3. Цистерна с мазутом. Фото: трансавтоцистерна.рф
Рис. 4. Электростанция «Рединг» (Тель-Авив, Израиль). Фото: Israel Travel Guide, CC BY-SA 3.0
Положительная динамика
Выше я отмечал, что и в Петрозаводске, и в Мурманске на благо промышленных предприятий и городских жителей действуют ТЭЦ. Правда, в столице Карелии предприятие встало на газовый путь экологического исправления почти 20 лет назад, а вот столица Заполярья до сих пор загрязняется летучей золой со всеми ее примесями в виде ванадия и никеля. Посмотрим на графики их распределения в современных донных отложениях малого городского оз. Ламба (рис. 5). Учитывая тесное соседство водоема и Петрозаводской ТЭЦ (около 1 км) и то, что наибольшему загрязнению обычно подвержены районы, прилегающие к источникам выбросов, мы не должны удивляться поистине гигантским концентрациям металлов на дне озера. Для ванадия максимум составляет 4785, а для никеля — 607 мг/кг. Известно, что в верхних горизонтах почвы на территориях, прилегающих к мазутной теплоэлектростанции, содержание ванадия может варьировать от 2090 до 7010 мг/кг [10]. Как видно, ванадиевые аномалии оз. Ламба вполне умещаются в этот диапазон концентраций. В самых верхних слоях озера наблюдается тенденция снижения поступления тяжелых металлов в городской водоем, что вызвано переходом ТЭЦ на природный газ. В более широком интервале верхних (т.е. наиболее современных) слоев осадков содержания ванадия и никеля все равно остаются значительно выше их доиндустриального уровня. Этому можно дать два объяснения, не исключающих друг друга. Во-первых, мазут — резервное топливо Петрозаводской ТЭЦ. Значит, его использование в той или иной степени сохраняется. Во-вторых, загрязнители постоянно поступают в озеро из почвенного покрова вблизи водоема. Таким образом, сейчас полного снижения концентраций ванадия до фонового уровня не предвидится. И вероятно, еще очень долго. Но в любом случае существующая динамика говорит о заметном улучшении экологического состояния городского озера и всей близлежащей территории.
Рис. 5. Вертикальное распределение ванадия и никеля в донных отложениях оз. Ламба (Петрозаводск, Карелия) с учетом возраста осадков
Кроме Ламбы загрязнению ванадием и никелем подвержены также озера Четырехверстное, расположенное в 10,5 км от ТЭЦ, и Денное, находящееся чуть ближе — в 7 км от предприятия, но уже за городской чертой, среди леса. В донных отложениях обоих малых озер отмечается схожая с оз. Ламба динамика поступления изучаемых тяжелых металлов. Однако и в Четырехверстном, и в Денном уровень их накопления существенно ниже. Это хорошо видно на другом графике (рис. 6), где показаны средние содержания тяжелых металлов в верхнем (15 см) слое донных отложений этих озер и еще оз. Мишкино, расположенного в 100 км от Петрозаводска. Очевидно, водные объекты города представляют собой более плачевную картину по загрязнению, в отличие от озер, находящихся вне урбанизированной среды. Фон ванадия и никеля в донных отложениях малых озер юга Карелии составляет 32 и 24,8 мг/кг соответственно [11]. Итак, концентрации этих металлов в осадках озер Денного и Мишкина ниже или находятся на уровне естественного содержания в природе. Кстати, фоновое содержание никеля в донных отложениях континентальных озер Сибири (28 мг/кг) близко к его значению для малых озер Карелии [12], а вот аналогичная величина по ванадию (61 мг/кг) — в два раза выше. Как ни крути, природную геохимическую специфику каждого региона никто не отменял. Даже в пределах Республики Карелия содержание ванадия в доиндустриальных слоях донных отложений озер варьирует от 2 до 160 мг/кг [11]. Самые высокие его концентрации, кстати, приурочены к районам развития ванадиевых рудопроявлений северного региона. Так что не только воздействие ТЭЦ, но и другие факторы влияют на химическое состояние окружающей среды Карелии.
Рис. 6. Средние концентрации ванадия и никеля в верхних (0–15 см) слоях донных отложений малых озер Карелии. 1 — оз. Ламба (Петрозаводск), 2 — оз. Четырехверстное (Петрозаводск), 3 — оз. Денное (Прионежский район Карелии), 4 — оз. Мишкино (Прионежский район Карелии), 5 — фон для юга Карелии
Мазутный форпост Арктики
В городе-герое Мурманске в структуру ТЭЦ входят три крупных объекта: центральная ТЭЦ и две котельные («Южная» и «Восточная»). Если вспомнить о допустимой зоне охвата воздействия ТЭЦ на окружающую среду в 15 км, то столица Заполярья практически полностью находится в такой зоне, поэтому неудивительно, что загрязнением ванадием и никелем характеризуются донные отложения всех изученных нами озер Мурманска [13]. Самые высокие накопления этих тяжелых металлов выявлены в озерах Семеновском, Среднем и Ледовом, которые практически одинаково близко расположены и к центральной ТЭЦ Мурманска, и к котельной «Восточная». Однако и другие водоемы испытывают существенную нагрузку (рис. 7), причем это относится даже к оз. Треугольному, которое находится на другой стороне Кольского залива Баренцева моря, разделяющего Мурманск на две части. Изначально мы планировали использовать этот водоем в качестве фонового, но проведенные исследования вынудили нас искать другой объект, удаленный на большее расстояние от главного источника загрязнения города.
Рис. 7. Средние концентрации ванадия и никеля в верхних (0–15 см) слоях донных отложений малых озер Карелии. 1 — оз. Семеновское, 2 — оз. Среднее, 3 — оз. Окуневое, 4 — оз. Ледовое, 5 — оз. Южное, 6 — оз. Северное, 7 — оз. Треугольное, 8 — фон для юга Карелии
Рис. 8. Отбор проб донных отложений на оз. Семеновском (Мурманск) весной 2019 г. Фото автора
Рис. 9. Вертикальное распределение концентраций ванадия и никеля в донных отложениях оз. Семеновского, Мурманск
Водоемы Мурманска, которые мы изучали, продолжают накапливать вредные выбросы ТЭЦ, что хорошо видно на графиках вертикального распределения ванадия и никеля в колонках современных донных отложений озер Семеновского и Окуневого (рис. 9, 10). Аналогичная картина получается и по другим объектам. Обобщив все данные, можно заключить, что ванадием и никелем в отложениях озер заражены слои мощностью от 5 до 25 см. Это довольно много, учитывая площади некоторых водоемов и непрекращающийся характер вредных выбросов. Так что, несмотря на всеобщий отказ от мазута как топлива для ТЭЦ (не только в России, но и по всему миру), крупнейший город Заполярья остается своеобразным форпостом, не позволяющим экологам забыть о мазуте навсегда. Однако решить эту проблему пока практически невозможно: газификация Мурманска и всей области — дело, вероятно, какого-то совсем далекого будущего. Поэтому хоть и дорог мазут, и неэкологичен, но отказаться от него в регионе не способны.
Рис. 10. Вертикальное распределение концентраций ванадия и никеля в донных отложениях оз. Окуневого, Мурманск
В ГОСТах не значатся
Мазут, хоть и не так, как раньше, востребован до сих пор. В связи с этим очень странно, что, несмотря на его вредные примеси, ГОСТ 10585-2013 регламентирует лишь содержание серы, полностью игнорируя железо, ванадий и никель. Особенно два последних элемента. Деление топочных мазутов, например, на низко- и высокованадиевые, могло бы позволить допускать к использованию только то топливо, в котором концентрации тяжелых металлов наименее опасны для окружающей среды. То же самое можно сделать и по никелю. Вот только кто будет этим заниматься?! С нормативами у нас в стране вообще большие проблемы. Как не вспомнить, что в России до сих пор не разработан ГОСТ, регламентирующий предельно допустимые концентрации тяжелых металлов в донных отложениях озер и рек? Вы, вероятно, обратили внимание, что в своих исследованиях городских озер нам постоянно приходится обращаться к фоновому содержанию того или иного элемента. Во многом это связано с отсутствием альтернативы, которую можно было бы использовать, оценивая загрязненность водоемов тяжелыми металлами. Иногда в качестве такой альтернативы используют почвенный ГОСТ, иногда среднее содержание элементов в земной коре или в осадочных породах планеты. Однако все эти варианты вряд ли устроят воображаемого госинспектора по экологии, который решит оценить описанные выводы по загрязнению озер Карелии и Мурманской обл. и наложить на предприятия штрафы. Донные отложения нужно сравнивать с донными отложениями, а наши фоновые концентрации пока не имеют статуса, закрепленного на официальном уровне. Таким образом, мазут и, следовательно, выбросы мазутных ТЭЦ практически неуязвимы с экологической точки зрения. Хорошо хоть, за серу во флотском мазуте взялись. Правда, лишь на международном (не российском!) уровне. Топочный же мазут, если и уйдет из Заполярья, то, вероятно, по каким-нибудь другим причинам.
Автор искренне благодарен своим коллегам Д. Б. Денисову, А. В. Гузевой, М. А. Медведеву, Д. г. Новицкому, Е. В. Сыроежко и А. А. Черепанову за помощь в отборе проб донных отложений озер, А. С. Парамонову, В. Л. Утициной и М. В. Эховой — за качественное проведение аналитических исследований, а также В. А. Даувальтеру — за постоянное обсуждение полученных результатов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 18-0500897 «а») — в части изучения озер Карелии и Российского научного фонда (проект 19-77-10007) — в части изучения озер Мурманска и анализа научной литературы по влиянию ТЭЦ на природную среду.
1 Фомичева А., Скорлыгина Н., Барсуков Ю. Мазут выходит из резервов // Коммерсантъ. 2016.
3 Барсуков Ю., Веденеева А., Смертина П. 50 оттенков серы // Коммерсантъ. 2019.
5 Слуковский З. Озера с запашком // Интернет-журнал «Лицей». 2018.
6 Слуковский З. В тихом озере черт-те что водится // Мурманский вестник. 2019.