Безопасность в техносфере, 2018, № 2 (71)

№ 2 (71)/2018 
март-апрель

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ И ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЖУРНАЛ
SCIENTIFIC, METHODICAL AND INFORMATION MAGAZINE

В номере 
In this issue

Контроль и мониторинг 
Control and Monitoring

Д. Б. Косолапов, В. А. Девисилов, Д. А. Новиков, О. В. Черемушкина
D. B. Kosolapov, V. A. Devisilov, D. A. Novikov, O. V. Cheremushkina
Экологическое состояние водохранилищ Волги и Дона  
методом биоиндикации   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 3
Assessment for Ecological Condition of Volga and Don Reservoirs  
by Bio-Indication Method

Экологическая безопасность 
Ecological Safety

А. А. Алексеева, С. В. Степанова
А. А. Alekseeva, S. V. Stepanova
Кинетика сорбции нефти материалом на основе листового опада  .  .  .  .  .  .  . 10
Kinetics of Oil Sorption by Material Based on Leaf Litter

Промышленная безопасность 
Industrial Safety

М. Г. Баширов, А. С. Хисматуллин, И. В. Прахов
M. G. Bashirov, A. S. Khismatullin, I. V. Prakhov
Повышение надежности и безопасности эксплуатации силовых  
маслонаполненных трансформаторов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 15
Increasing of Power Oil-Filled Transformers’ Operation Reliability and Safety

А. А. Петренко, А. О. Суворов, Е. Г. Плотникова
A. A. Petrenko, A. O. Suvorov, E.G. Plotnikova
Влияние ложных срабатываний технических средств обнаружения  
негативных факторов на построение системы безопасности  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 22
The Influence of False Alarms of Threats Technical Detection Means  
on the Security System Construction

Безопасность труда 
Occupational Safety

В. М. Ретнев
V. M. Retnev
Репродуктивная функция мужчин, работающих во вредных  
условиях труда   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 29
Reproductive Function of Men, Working in Harmful Labor Conditions

Н. Б. Рубцова, С. Ю. Перов, И. А. Чернов, Е. Н. Макарова-Землянская
N. B. Rubtsova, S. Yu. Perov, I. A. Chernov, E. N. Makarova-Zemlyanskaya
Безопасность персонала электросетевых объектов при применении 
средств индивидуальной защиты от электрических полей  
промышленной частоты  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 35
Power Network Facilities Personnel Safety with Power Frequency Electric  
Field Personal Protective Means Use

Свидетельство Роскомнадзора

ПИ № ФС77-44004
Издается с 2006 года
Учредитель:
Коллектив редакции журнала
Издается: 
при поддержке МГТУ им. Н.Э. Баумана, 
Федерального учебно-методического объединения 
в системе высшего образования по укрупненной 
группе специальностей и направлений подготовки 
20.00.00 «Техносферная безопасность и природообустройство»
Главный редактор 
Владимир Девисилов
Издатель:
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
Отдел предпечатной подготовки 
Белла Руссо
Выпускающий редактор 
Дарья Склянкина 
Тел. (495) 280-15-96 (доб. 501) 
e-mail: 501@infra-m.ru
Отдел подписки 
Наталья Меркулова 
Тел.: (495) 280-15-96 (доб. 590) 
e-mail: podpiska@infra-m.ru

Присланные рукописи не возвращаются.

Точка зрения редакции может не совпадать  
с мнением авторов публикуемых материалов.

Редакция оставляет за собой право самостоятельно  
подбирать к авторским материалам иллюстрации, менять 
заголовки, сокращать тексты и вносить в рукописи необходимую стилистическую правку без согласования с авторами. 
Поступившие в редакцию материалы будут свидетельствовать о согласии авторов принять требования редакции.

Перепечатка материалов допускается  
с письменного разрешения редакции.

При цитировании ссылка на журнал «Безопасность 
в техносфере» обязательна.
Письма и материалы для публикации  
высылать по адресу:  
127282, Россия, Москва, ул. Полярная,  
д. 31в, стр. 1, журнал «БвТ»  
Тел.: (495) 280-15-96 (доб. 501) 
Факс: (495) 280-36-29 
e-mail: magbvt@list.ru, mag12@infra-m.ru,  
bvt@magbvt.ru 
Сайты журнала:  
http://www. naukaru.ru, http://www.magbvt.ru 

© ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М», 
2018

Формат 60×84/8.  Бумага офсетная № 1. 
Тираж 1000 экз.
Подписные индексы:  
в каталоге агентства «Роспечать» —  
18316, объединенном каталоге  
«Пресса России» — 11237

DOI 10 .12737/issn .1998-071X

Методы и средства обеспечения безопасности 
Methods and Means of Safety

А. Л. Синцов, В. А. Девисилов
A. L. Sintsov, V. A. Devisilov
Геометрическая модель структуры пористого проницаемого  
материала   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .42
Geometrical Model for Permeable Material’s Porous Structure

Менеджмент риска 
Risk Management

Д. О. Резников
D. O. Reznikov
Оценка неопределенностей, рисков и шансов при реализации  
инфраструктурных проектов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .55
Estimation for Uncertainties, Risks and Chances during Implementation 
of Infrastructure Projects

О. Н. Заломнова
O. N. Zalomnova
Функциональная безопасность как неотъемлемая часть  
инженерных задач  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .65
Functional Safety As an Integral Part of Engineering Tasks

Чрезвычайные ситуации 
Emergency

Т. И. Дроздова, Р. Н. Суковатиков
T. I. Drozdova, R. N. Sukovatikov
Прогнозная оценка пожароопасных зон при аварийных событиях 
на нефтегазоконденсатном месторождении  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .71
Predictive Assessment of Fire Danger Zones at Emergency Events  
on Oil and Gas Cndensate Field

Журнал «Безопасность в техносфере» включен в перечень 
ведущих научных журналов, в которых по рекомендациям 
ВАК РФ должны быть опубли кованы научные результаты 
диссертаций на соискание ученых степеней доктора  
и кандидата наук, а также в американскую базу периодических 
и продолжающихся изданий Ulrich’s и базу лучших российских 
научных журналов, размещенную на платформе Web of Science 
в виде Russian Science Citation Index (RSCI) .

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
Александров Анатолий Александрович (Председатель совета),
ректор МГТУ им. Н.Э. Баумана, зав. кафедрой, д-р техн. наук, 
профессор
Алешин Николай Павлович, 
зав. кафедрой МГТУ им. Н.Э. Баумана, академик РАН,  
д-р техн. наук, профессор
Аткиссон Алан (Alan Atkisson) — Швеция (Sweden),
президент Atkisson Group, советник Комиссии ООН по 
устойчивому развитию, член Комиссии по науке и технологическому развитию при Президенте Еврокомиссии (EU Commission 
President’s Council of Advisors on Science and Technology)
Бабешко Владимир Андреевич,
зав. кафедрой Кубанского государственного университета, 
директор НЦ прогнозирования и предупреждения 
геоэкологических и техногенных катастроф, академик РАН,  
д-р физ.-мат. наук, профессор
Бухтияров Игорь Валентинович
директор НИИ медицины труда РАМН, чл.-кор. РАН, д-р мед. наук, 
профессор
Гарелик Хемда (Hemda Garelick) — Великобритания (United Kingdom), 
Professor of Environmental Science and Public Health Education, 
School of Health and Social Sciences (HSSC) Middlesex University,
Programme Leader for Doctorate in Professional Studies Environment and Risk (HSSC), PhD.
Касимов Николай Сергеевич, 
Президент географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, 
первый вице-президент Русского географического общества,  
зав. кафедрой, академик РАН, д-р геогр. наук, профессор
Махутов Николай Андреевич, 
главный научный сотрудник Института машиноведения  
им. А.А. Благонравова РАН, руководитель рабочей группы  
при Президиуме РАН по проблемам безопасности, чл.-кор. РАН,  
д-р техн. наук, профессор
Мейер Нильс И . (Niels I . Meer) — Дания (Denmark), 
профессор Датского технического университета (дат. Danmarks 
Tekniske Universitet, DTU, англ. Technical University of Denmark)
Соломенцев Юрий Михайлович, 
президент МГТУ «Станкин», зав. кафедрой, чл.-кор. РАН, 
д-р техн. наук, профессор
Тарасова Наталия Павловна,
директор института  проблем устойчивого развития, президент 
международного союза теоретической и прикладной химии 
ИЮПАК (International Union of Pure and Applied Chemistry — IPA)
заведующая кафедрой РХТУ им. Д.И. Менделеева,  
чл.-кор. РАН, д-р хим. наук, профессор

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
Васильев Андрей Витальевич,
зав. кафедрой Самарского государственного технического 
университета, д-р техн. наук, профессор
Вараксин Алексей Юрьевич, 
заведующий отделением Объединенного института высоких 
температур РАН, чл.-кор. РАН, д-р физ.-мат. наук, профессор
Девисилов Владимир Аркадьевич,
доцент кафедры МГТУ им. Н.Э. Баумана, канд. техн. наук
Дыганова Роза Яхиевна,
зав. кафедрой Казанского государственного энергетического 
университета, д-р биол. наук, профессор
Дьяченко Владимир Викторович,
заместитель директора по научной и учебной работе 
Новороссийского политехнического института (филиала) КубГТУ, 
профессор, канд. сел.-хоз. наук, д-р геогр. наук
Егоров Александр Федорович,
зав. кафедрой РХТУ им. Д.И. Менделеева, д-р техн. наук, профессор
Кручинина Наталия Евгеньевна,
декан инженерного экологического факультета, зав. кафедрой 
РХТУ им. Д.И. Менделеева, канд. хим. наук, д-р техн. наук, профессор
Майстренко Валерий Николаевич,
зав. кафедрой Башкирского государственного университета,  
чл.-кор. АН Республики Башкортостан, д-р хим. наук, профессор
Никулин Валерий Александрович,
исполнительный вице-президент Российской инженерной 
академии, ректор Камского института гуманитарных  
и инженерных технологий,  д-р техн. наук, профессор
Пушенко Сергей Леонардович,
заведующий кафедрой Донского государственного технического 
университета,д-р техн. наук
Рахманов Борис Николаевич,
профессор Московского государственного университета путей 
сообщения, д-р техн. наук
Реветрио Роберто ( Roberto Revetrio)
д-р наук (PhD), профессор Университета Генуи, Италия
Рубцова Нина Борисовна,
заведующая научным координационно-информационным 
отделом ГУ НИИ медицины труда РАМН, д-р биол. наук
Севастьянов Борис Владимирович,
зав. кафедрой «Безопасность жизнедеятельности»  
Ижевского государственного технического университета,  
канд. пед. наук, д-р техн. наук, профессор
Сущев Сергей Петрович, 
генеральный директор ООО «Центр исследований 
экстремальных ситуаций», д-р техн. наук, профессор
Трофименко Юрий Васильевич,
зав. кафедрой Московского автомобильно-дорожного 
государственного технического университета,  
д-р техн. наук, профессор
Федорец Александр Григорьевич,
директор Автономной некоммерческой организации  
«Институт безопасности труда», канд. техн. наук, доцент

 
   Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

Безопасность в техносфере, №2 (март–апрель), 2018
3

УДК 504.45 
DOI: 10.12737/article_5c35c0dc59a496.03761883
Экологическое состояние водохранилищ Волги 
и Дона методом биоиндикации

Д. Б. Косолапов, зав. лаб. микробиологии, канд. биолог. наук1
В. А. Девисилов, доцент, канд. техн. наук2
Д. А. Новиков, заместитель генерального директора3
О. В. Черемушкина, магистр2

1Институт биологии внутренних вод имени И. Д. Папанина Российской академии наук (ИБВВ РАН), пос. Борок Ярославской обл., Россия
2Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, Россия
3АО «Судостроительный завод “Вымпел”», г. Рыбинск, Ярославская обл., Россия

e-mail: devisilov@bmstu.ru

В рамках экспедиционных исследований проводился отбор проб воды для определения гидробиологических показателей с целью оценки экологического состояния 
и качества воды водохранилищ Волги. На основе биоиндикаторов (гетеротрофный бактериопланктон, зоопланктон) было определено состояние водохранилищ Волги. Представлены методы и результаты исследования, станции отбора 
проб, определены качественные и количественные показатели гидробиотов, 
проведена оценка трофического статуса, экологического состояния и качества 
воды водохранилищ. На основе проведенных исследований сделан вывод о необходимости принятия срочных мер по улучшению экологического состояния Волги 
и многочисленных Волжских водохранилищ.

Ключевые слова:  
Волга,  
экологическое состояние 
водохранилищ,  
биоиндикация,  
планктон,  
трофический статус, 
качество поверхностных вод, 
гидробиологические показатели.

1 . Введение
В рамках экспедиции «Голубое ожерелье России —  2017», состоявшейся в июле 2017 г. по маршруту «Санкт-Петербург —  Севастополь», проводился 
отбор проб воды для определения гидробиологических показателей с целью оценки экологического состояния и качества воды водохранилищ Волги 
(Горьковского, Чебоксарского, Куйбышевского, Саратовского, Волгоградского) и Дона (Цимлянского), 
по которым проходил маршрут экспедиции (рис. 1, 
см. обложку 3 журнала). Экспедиция проводилась 
на катерах, предоставленных судостроительным заводом «Вымпел» (г. Рыбинск). Во время экспедиции 
наряду с экологическими исследованиями проводились испытания катеров.
Многие крупные реки превращены в каскады водохранилищ. Среди них самая большая река Европы —  
Волга (3530 км). В настоящее время она представляет 
собой каскад из девяти (или из 12, если учитывать Камские водохранилища) водохранилищ. Водосборная 

площадь ее бассейна составляет 1360 тыс. км2, что равняется почти трети европейской части нашей страны. 
На этой территории частично или полностью расположены 39 субъектов Российской Федерации, проживает 
более 40 % населения страны, сосредоточено около 45 % 
промышленности и производится примерно 50 % сельскохозяйственной продукции. На берегах волжских 
водохранилищ располагается множество городов, среди которых четыре города с населением более 1 млн человек: Нижний Новгород, Казань, Самара и Волгоград 
[1]. Все это и предопределило высокую антропогенную 
нагрузку на водохранилища Волги.
В настоящее время водохранилища Волги сталкиваются со множеством экологических проблем, наиболее острыми из которых являются антропогенное 
загрязнение и эвтрофирование. О продолжающемся 
процессе эвтрофирования водохранилищ Волги свидетельствует увеличение концентрации соединений 
биогенных элементов и органических веществ, а также биомассы и продукции фитопланктона [2].

Контроль и мониторинг    
Control and Monitoring

4

По данным Федерального агентства водных ресурсов, в водные экосистемы Волжского бассейна 
сбрасывается более трети сточных вод РФ. На сегодняшний день очистные сооружения изношены 
во всех регионах, вследствие чего неочищенные и недостаточно очищенные сточные воды вместе с поверхностным стоком и диффузными источниками 
попадают прямо в Волгу и ее притоки. Судоходство 
также вносит существенный вклад в загрязнение 
волжских водохранилищ. Еще один источник загрязнения —  бытовой мусор. Вода водоемов бассейна 
Волги в большинстве случаев характеризуется как 
«загрязненная» и «грязная».
О продолжающемся процессе эвтрофирования 
водохранилищ Волги свидетельствует увеличение 
концентрации соединений биогенных элементов и органических веществ, а также биомассы и продукции 
фитопланктона. Проблема эвтрофирования находится в ряду приоритетных направлений современной 
экологии, поскольку тесно связана с качеством воды 
[4]. Одним из последствий эвтрофирования является 
массовое развитие токсичных цианобактерий (синезеленых водорослей), вызывающих «цветение» воды, 
которое каждый год в летний период наблюдается 
во всех волжских водохранилищах [5].
Полученные в рамках экспедиции «Голубое ожерелье России —  2017» данные особенно актуальны 
в свете федеральной программы «Сохранение и восстановление реки Волги» («Чистая Волга»), утвержденной в 2017 г. президиумом Совета при Президенте 
РФ по стратегическому развитию и приоритетным 
проектам и Правительством РФ. Принято решение 
до 2025 г. выделить на эту программу 257 млрд руб. 
Проект предусматривает практические мероприятия 
и поисковые исследования по улучшению экологической ситуации в бассейне Волги за счёт сокращения объёма сбросов загрязнённых сточных вод и мероприятий по оздоровлению Волго-Ахтубинской 
поймы. Как сообщил в своем докладе Председатель 
Правительства РФ: «Ежегодно в Волгу сбрасывается свыше 5,5 кубических километров загрязненных сточных вод, из которых нормативная очистка 
проводится в отношении 10%. Со сточными водами 
в реку поступает свыше 2,5 млн т в год загрязняющих веществ. Кроме того, на дне Волги находятся 
около 2,5 тыс. затонувших плавсредств, включая 
нефте наливные танкеры». По словам Д. А. Медведева, 
в рамках реализации приоритетного проекта по сохранению Волги, в частности, предстоит наладить 
в Волжском бассейне экологический мониторинг состояния окружающей среды во всех субъектах, расположенных в Волжском бассейне, запустить строительство и модернизацию очистных сооружений, 

внедрить на предприятиях современные безотходные технологии.
Единственное на реке Дон Цимлянское водохранилище подвергается мощному антропогенному 
и техногенному воздействию. В настоящее время 
Цимлянское водохранилище —  это гипертрофный 
водоем, который интенсивно загрязняется хозяйственно-бытовыми и промышленными стоками. 
В частности, г. Волгодонск сбрасывает в водохранилище сточные воды, концентрация загрязняющих 
веществ, в частности нефтепродуктов, в которых 
значительно превышает предельно допустимые значения. Вода на разных участках водоема относится 
к классу загрязнённых или грязных, и на половине 
акватории не отвечает санитарно-гигиеническим 
нормам по микробиологическим показателям. Нужно учитывать, что Цимлянское водохранилище служит источником питьевой воды для 3 млн человек, 
проживающих в городах Волгодонск, Цимлянск, 
Нижний Чир, Калач-на-Дону и других населенных 
пунктах.
В водохранилищах обитают многие виды растений, животных, микроорганизмов, вирусов. В результате эвтрофирования, антропогенного загрязнения, потепления климата происходят существенные 
трансформации структуры и функционирования 
биологических сообществ, участвующих в самоочищении водоемов. Чтобы предотвратить дальнейшее 
загрязнение, требуются срочные водозащитные мероприятия, при этом необходим мониторинг их состояния.
Осуществление контроля за всеми абиотическими и биотическими параметрами даже небольших 
водных экосистем нереально. Одной из альтернатив 
для выявления зон загрязнения и оценки экологического состояния участков водоемов является использование в качестве индикаторов компонентов биоты: 
фитопланктона, зоопланктона, бактерий, простейших. Биоиндикаторы —  это растения, животные, 
микроорганизмы, которые используются для оценки 
состояния природных экосистем и, соответственно, 
биоиндикация —  это способ оценки антропогенной 
нагрузки по реакции на нее живых организмов и их 
сообществ. Метод биоиндикации основан на том, что 
поступление промышленных и бытовых сточных вод 
приводит к ухудшению качества воды и вызывает 
изменения в структуре и жизнедеятельности сообществ водных организмов. Эти изменения различны 
на разном удалении от места сброса стоков, их состава и количества.
В настоящее время гидробиологические показатели являются важнейшим элементом системы контроля загрязнения водной среды и имеют очевидные 

 
   Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

Безопасность в техносфере, №2 (март–апрель), 2018
5

преимущества, так как являются «интегрирующими» показателями всех изменений за продолжительный период времени и непосредственно отражают 
ответы биоты на тот или иной вид антропогенного 
воздействия.

2 . Объекты и методики экспедиционных 
исследований
В нашем исследовании в качестве биоиндикаторов использовались бактерии, простейшие (гетеротрофные жгутиконосцы) и многоклеточные беспозвоночные. Эти одноклеточные и многоклеточные, 
прокариотные и эукариотные организмы являются 
ключевыми компонентами, находящимися на разных уровнях планктонных трофических сетей 
(рис. 2). Они играют важную роль в самоочищении 
и формировании качества воды водохранилищ.
Пробы воды в Горьковском, Чебоксарском, Куйбышевском, Саратовском, Волгоградском и Цимлянском водохранилищах отбирали плексигласовым 
батометром Рутнера в период с 9 по 21 июля 2017 г. 
Интегральные пробы получали, смешивая равные 
объемы воды, отобранные по вертикали через каждый метр водной толщи от поверхности до дна. Схема станций отбора проб представлена на рис. 3 (см. 
на обложке 3 журнала).
В ходе проведения исследований измеряли глубину водоема, температуру, рН, электропроводность воды и концентрацию растворенного кислорода с помощью портативных приборов «YSIModel 
777» («YSI, Inc.», США) и «HannaHI 98129» («HANNA 
instruments», США).
Пробы воды для определения общего количества 
и размеров микроорганизмов сразу же помещали 
в стерильные пластиковые флаконы, фиксировали 
40% формальдегидом до конечной концентрации 
2%, хранили в темноте при температуре 4 оС и обрабатывали в течение месяца. Численность и размеры 
бактериопланктона определяли методом эпифлуоресцентной микроскопии с использованием флуорохрома 4’,6-диамидино-2-фенилиндола (ДАФИ) 
(«SigmaChemicalCo.», США) (Porter, Feig, 1980). 2 мл 
природной воды фильтровали через черные ядерные 
фильтры «Nuclepore» с диаметром пор 0,2 мкм, промывали бидистиллированной водой и высушивали. 
Фильтры просматривали под микроскопом Olympus 
BX51 (Япония) с системой анализа изображений при 
увеличении 1000 раз и освещении ультрафиолетовыми лучами. Учитывали общее количество бактериопланктона и численность различных размерно-морфологических групп бактерий: одиночных клеток, 
нитей, бактерий, прикрепленных к частицам детрита, образующих микроколонии и цепочки. На каж
дом фильтре подсчитывали не менее 400 бактериальных клеток в 10–20 полях зрения и измеряли не менее 
100 клеток. Объемы бактерий вычисляли по формуле 
объема цилиндра с закругленными концами: 

 
V = (π/4) ∙ W2 ∙ (L – (W/3)), 

где V —  объем, мкм3, W —  диаметр, мкм, L —  длина 
клетки, мкм (Krambeck et al., 1981).
Численность и размеры клеток флагеллят определяли методом эпифлуоресцентной микроскопии 
с окраской примулином [6]. Для этого 5–10 мл природной воды фильтровали через черные ядерные 
фильтры «Nuclepore» с диаметром пор 0,5 мкм. Фильтры просматривали под люминесцентным микроскопом ЕС ЛЮМАМ РПО-11 (ЛОМО, Россия) при увеличении 1000 раз. Объемы жгутиконосцев вычисляли 
по формулам объемов шара или эллипсоида. Сырую 
биомассу бактерий и флагеллят вычисляли путем 
умножения их численности на средний объем их 
клеток. Содержание углерода в сырой биомассе бактерий (С, С/кл) рассчитывали согласно аллометрическому уравнению: 

 
С = 120 ∙ V0,72, 

где V —  объем бактериальной клетки, мкм3 [7].

Рис . 2 . Схема планктонной трофической сети: микробная «петля» 
и ее взаимосвязи с линейной пищевой цепью (по Laybourn-Parry, 
Parry (2000) с изменениями). РОВ —  растворенное органическое 
вещество, ВОВ —  взвешенное органическое вещество, ГНФ —  гетеротрофные нанофлагелляты. Курсивом выделены сообщества 
организмов, исследуемые в данной работе

Фитопланктон  
(водоросли,  
цианобактерии…)

Зоопланктон  
(коловратки, ветвистоусые, веслоногие)

Рыбы 

Водосбор
РОВ
Бактерии

ГНФ

Инфузории и др .
(динофлагелляты, 
амебы, солнечники)

CO2

Свет

ЛИНЕЙНАЯ ПИЩЕВАЯ ЦЕПЬ
МИКРОБНАЯ «ПЕТЛЯ»

Контроль и мониторинг    
Control and Monitoring

6

Видовой состав гетеротрофных жгутиконосцев 
определяли с помощью фазово-контрастной микроскопии неконцентрированных и нефиксированных 
проб воды [8; 9].
Сбор зоопланктона осуществляли, протягивая 
от дна до поверхности сеть Джеди с размером ячеи 
64 мкм и диаметром входного отверстия 12 см. Пробы фиксировали 4%-ным формалином. Камеральную 
обработку проб проводили по стандартной методике 
[10]. Зоопланктон идентифицировали по [11].
Видовой состав гетеротрофных жгутиконосцев 
определяли с помощью фазово-контрастной микроскопии неконцентрированных и нефиксированных 
проб вод [12; 13].
Гетеротрофные бактерии являются постоянным 
и многочисленным компонентом водных экосистем, 
где выполняют многообразные функции, в частности, осуществляют минерализацию органических 
веществ и рециклинг биогенных элементов, активно 
участвуют в процессах самоочищения и формирования качества воды [14].

3 . Результаты экспедиционных исследований
В каскаде Волжских водохранилищ географическая зональность проявляется в изменении ряда 
абиотических характеристик: увеличении с севера 
на юг прозрачности и общей минерализации, снижении цветности и концентрации взвешенных веществ. 
Этот характер изменений нарушается на участке 
Средней Волги, принимающем воды крупнейших 
притоков —  Оки и Камы.
Общее количество бактериопланктона в водохранилищах Волги и Дона (рис. 4) в июле 2017 г. было высоким и изменялось в пределах (4,61–13,06) ∙ 106 кл/мл, 
составляя в среднем (7,1±2,37) ∙ 106 кл/мл (CV = 32,5 %).
Как выглядят планктонные бактерии, окрашенные 
флуорохромом ДАФИ, при определении их численности и размеров под эпифлуоресцентным микроскопом, показано на рис. 5 (см. обложку 3 журнала).
Таким образом, водохранилища Волги и Дона характеризуются высокими значениями численности 
и биомассы бактериопланктона, которые находятся 

в диапазоне значений этих параметров, определяемых в мезотрофных, эвтрофных и гипертрофных 
водах [15]. В отношении экологического состояния 
водоемов этот факт стоит рассматривать как неблагоприятный, поскольку согласно «Комплексной 
экологической классификации качества поверхностных вод суши» [16] значения общей численности бактериопланктона позволяют отнести воду 
на большей части акватории водохранилищ к классам качества 4 «загрязненная» и 5 «грязная». Только 
на трех станциях: двух в Куйбышевском водохранилище (ст. К2 и К3) и одной в Волгоградском (ст. В3) 
вода по этому микробиологическому показателю 
характеризовалась как «удовлетворительно чистая».
Среди водных сообществ, обитающих в пресных 
водах, важное место занимает зоопланктон, включающий три таксономических группы беспозвоночных, обитающих в толще воды: коловраток (Rotifera), 
веслоногих (Copepoda) и ветвистоусых (Cladocera) 
ракообразных. Эти организмы играют большую роль 
в питании рыб на ранних стадиях их развития, а также служат пищей взрослым фитофильным рыбам. 
Велика роль зоопланктона в биологическом самоочищении водных экосистем, поскольку среди них 
преобладающее количество видов по типу питания 
относится к фильтраторам.
Наибольшее богатство коловраток отмечено 
в Цимлянском и Чебоксарском водохранилищах, наименьшее —  в Саратовском (рис. 6, 7). Максимальным 
числом видов веслоногих ракообразных отличалось 
Куйбышевское водохранилище, минимальным —  Саратовское и Волгоградское, ветвистоусых ракообразных —  соответственно Горьковское и Цимлянское.
Наиболее высокая средняя численность зоопланктона обнаружена в Чебоксарском и Цимлянском 
водохранилищах, минимальная —  в Саратовском 
и Волгоградском (рис. 6). Очевидно, что это определяется проточностью водоемов, а также наличием 
участков, где происходит замедление течения и аккумуляция веществ, приносимых с крупных населенных пунктов. В этом отношении наиболее показательна ситуация, обнаруженная в Чебоксарском 

 
а 
б 
в

Рис . 4 . Численность (а), средний объем клетки (б) и биомасса (в) гетеротрофного бактериопланктона

Гор
Гор
Гор
Чеб
Чеб
Чеб
Куй
Куй
Куй
Сар
Сар
Сар
Вол
Вол
Вол
Цим
Цим
Цим

N, 103 кл/мл
V, мкм3
В, мг/м3

15

10

5

0

0,08

0,06

0,04

0,02

0

1000

800

600

400

200

0

 
   Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

Безопасность в техносфере, №2 (март–апрель), 2018
7

водохранилище в районе г. Васильсурск, где, по всей 
видимости, скапливаются вещества, поступающие 
с промышленных предприятий и городского хозяйства г. Нижнего Новгорода. Аналогичная ситуация 
наблюдается в районе г. Казани на Куйбышевском 
водохранилище, а также в начале расширения в районе пос. Лугового на Цимлянском водохранилище 
(рис. 7). Минимальные колебания численности зоопланктона характерны для наиболее проточных Саратовского и Волгоградского водохранилищ.
Анализ трофического статуса водоемов, анализируемого по величине коэффициента трофности 
Мяэметса, свидетельствует о том, что большинство 
водоемов характеризуется мезотрофными условиями, однако Чебоксарское водохранилище находится 
на границе мезо- и эвтрофных вод за счет участков, 
находящихся в зоне мощного влияния г. Нижний 
Новгорода (рис. 8). Саратовское водохранилище характеризуется олигомезотрофными условиями, однако это не свидетельствует о его благополучном 
состоянии, скорее всего, это связано с высокими скоростями течения. Наибольшей трофностью характеризуется Цимлянское водохранилище, что связано 
с его морфометрическими особенностями и антропогенной нагрузкой на него.
Таким образом, проведенные исследования показали, что наиболее заметные изменения зоопланктона 
наблюдаются в зонах, где аккумулируются органические и биогенные вещества. В условиях проточности 
эти вещества вызывают стимуляцию количественного развития зоопланктона за счет ветвистоусых ракообразных, а при замедленном водообмене и в случае поступления веществ с крупных населенных 
пунктов —  за счет коловраток, что свидетельствует 
об ухудшении экологического состояния водоемов.

Гор
Гор

  Cladocera
  Copepoda
  Rotifera

  Cladocera
  Copepoda
  Rotifera

1
2
3
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
1
2
3
4
2
3
4

35

30

25

20

15

10

5

0

Чеб
Чеб
Куй
Куй
Сар
Сар
Вол
Вол
Цим
Цим

Рис . 6 . Число видов зоопланктеров на исследованных участках 
водохранилищ
Рис . 7 .  Средняя численность (тыс. экз./м3) зоопланктона в водохранилищах

500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0

Гор

  Мезотрофные водоемы
  Олиготрофно-мезотрофные водоемы
  Эвтрофные водоемы

Чеб
Куй
Сар
Вол
Цим

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

Рис . 8 .  Коэффициент трофности исследованных водохранилищ

4 . Выводы
Водохранилища Волги и Дона характеризуются 
высокими значениями численности и биомассы бактериопланктона, большинство из которых находится 
в диапазоне значений этих параметров, характерных 
для эвтрофных и гипертрофных вод.
Экосистемы водохранилищ Волги и Дона за счет 
интенсификации процессов биотического самоочищения пока справляются с поступлением загрязняющих веществ, хотя с разной степенью успеха. Однако 
способность к самоочищению водоемов ограничена. 
В каждом водохранилище выделяются участки с высоким уровнем экологической опасности (зоны  риска).
Чтобы улучшить качество воды и донных отложений водохранилищ, необходимо проведение гидрохимического и гидробиологического мониторинга; 
оздоровительных мероприятий на водосборе рек их 
бассейнов; реконструкция старых и строительство 
новых очистных сооружений на промышленных 
предприятиях и усовершенствование системы фильтрации сточных вод на крупных водоканалах, препятствующих поступлению биогенных элементов, 
нефтепродуктов, тяжелых металлов и других загрязняющих веществ.

Литература
1. Авакян А. Б. Волга в прошлом, настоящем и будущем. — М.: Экопресс-ЗМ, 1998. — 20 с. 
2. Состояние окружающей природной среды бассейна 
реки Волги (1992–2004 гг.). — Н. Новгород, 2005. — 167 с.

Контроль и мониторинг    
Control and Monitoring

8

3. Экологические проблемы Верхней Волги. Ярославль, 2001. /  
Ярославль: Изд-во Ярослав. гос. тех. ун-та, 2001. 427 с.
4. Корнева Л. Г. Фитопланктон водохранилищ бассейна 
Волги. — Кострома: Костром. печат. дом, 2015. — 284 с.
5. Schindler D. W. Recent advances in the understanding and 
management of eutrophication // Limnol. Oceanogr. 2006. 
V. 51. № 1. Pt. 2. P. 356–363.
6. Корнева Л. Г., Минеева Н. М., Копылов А. И. «Цветение» 
воды цианобактериями (синезелеными водорослями) —  
реальная угроза ухудшения качества воды в водохранилищах Волги // Бассейн Волги в XXI веке: структура 
и функционирование экосистем водохранилищ. Матер. 
докл. Всерос. конф. Борок, 22–26 окт. 2012 г. — Ижевск: 
Издатель Пермяков, 2012. — С. 135–138.
7. Caron D. A. Technique for enumeration of heterotrophic 
and phototrophic nanoplankton, using epifluorescence 
microscopy, and comparison with other procedures // Appl. 
Environ. Microbiol. 1983. V. 46. № 34. P. 491–498.)
8. Norland S. The relationship between biomass and 
volume of bacteria // Handbook of methods in aquatic 
microbial ecology / Eds Kemp P. F., Sherr B. F., Sherr E. B., 
Cole J. J. Boca Raton: Lewis Publ., 1993. P. 303–308.
9. Жуков Б. Ф. Бесцветные жгутиконосцы. // Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов. — М.: Наука. 1975. — С. 133–135.

10. Жуков Б. Ф. Атлас пресноводных гетеротрофных жгутиконосцев (биология, экология и систематика). — Рыбинск, 1993. — 160 с.
11. Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов. — М.: Наука, 1975. — 240 с.
12. Определитель зоопланктона и зообентоса пресных вод 
Европейской России. Т. 1. Зоопланктон. — М.: Тов-во 
научн. изд. КМК, 2010. — 495 с.
13. Vørs N. Heterotrophic amoebae, flagellates and Heliozoa 
from the Tvarminne Area, Gulf of Finland, in 1988–1990 // 
Ophelia. 1992. V. 36. N1. P. 1–109.
14. Cotner J. B., Biddanda B. A. Small players, large role: 
microbial influence on biogeochemical processes in 
pelagic aquatic ecosystems // Ecosystems. 2002. V. 5. 
P. 105–121.
15. Копылов А. И., Косолапов Д. Б. Микробиологические 
индикаторы эвтрофирования пресных вод // Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем. 
Сборник мат. межд. конф. — СПб.: Лема, 2007. — 
С. 176–181.
16. Оксиюк О. П., Жукинский В. Н., Брагинский Л. П. и др. 
Комплексная экологическая классификация качества 
поверхностных вод суши // Гидробиол. журн. 1993. 
Т. 29. № 4. С. 62–76.

References
1. Avakyan A. B. Volga v proshlom, nastoyashchem 
i budushchem [Volga in the past, present and future].
Moscow: Ekopress-ZM Publ., 1998. 20 p. (in Russian)
2. Sostoyanie okruzhayushchey prirodnoy sredy basseyna 
reki Volgi (1992–2004 gg.) [The state of the environment 
of the Volga River basin (1992–2004)]. N. Nov-gorod, 2005. 
167 p. (in Russian)
3. Ekologicheskie problemy Verkhney Volgi [Ecological 
problems of the Upper Volga]. Yaroslavl’, 2001. Yaroslavl’: 
Yaroslav. gos. tekh. un-t Publ. 427 p. (in Russian)
4. Korneva L. G. Fitoplankton vodokhranilishch basseyna Volgi 
[Phytoplankton reservoirs of the Volga basin]. Kostroma: 
Kostrom. pechat. Dom Publ. 2015. 284 p. (in Russian)
5. Schindler D. W. Recent advances in the understanding and 
management of eutrophication // Limnol. Oceanogr. 2006. 
V. 51. I. 1. Pt. 2. P. 356–363.
6. Korneva L. G., Mineeva N. M., Kopylov A. I. «Tsvetenie» 
vody tsianobakteriyami (sinezelenymi vodoroslyami) —  
real’naya ugroza ukhudsheniya kachestva vody v 
vodokhranilishchakh Volgi [The «blooming» of water 
by cyanobacteria (blue-green algae) is a real threat to the 
deterioration of water quality in the Volga reservoirs]. 
Basseyn Volgi v XXI veke: struktura i funktsionirovanie 
ekosistem vodokhranilishch [Volga Basin in the XXI century: 
the structure and functioning of reservoir ecosystems]. 
Izhevsk: Permyakov Publ., 2012, pp. 135–138. (in Russian)

7. Caron D. A. Technique for enumeration of heterotrophic 
and phototrophic nanoplankton, using epifluorescence 
microscopy, and comparison with other procedures // Appl. 
Environ. Microbiol. 1983. V. 46. I. 34. P. 491–498.)
8. Norland S. The relationship between biomass and 
volume of bacteria // Handbook of methods in aquatic 
microbial ecology / Eds Kemp P. F., Sherr B. F., Sherr E. B., 
Cole J. J. Boca Raton: Lewis Publ., 1993. P. 303–308.
9. Zhukov B. F. Bestsvetnye zhgutikonostsy [Colorless 
flagellates]. Metodika izucheniya biogeotsenozov vnutren nikh 
vodoemov. Nauka [Methods of studying the biogeo cenoses of 
inland waters. The science]. 1975, pp. 133–135. (in Russian)
10. Zhukov B. F. Atlas presnovodnykh geterotrofnykh zhgutiko nostsev (biologiya, ekologiya i sistematika) [Atlas of 
freshwater heterotrophic flagellates (biology, ecology and 
taxonomy)]. Rybinsk. 1993. 160 p. (in Russian)
11. Metodika izucheniya biogeotsenozov vnutrennikh 
vodoemov [Methods of studying the biogeocenoses of inland 
waters]. Moscow: Nauka Publ., 1975. 240 p. (in Russian)
12. Opredelitel’ zooplanktona i zoobentosa presnykh vod 
Evropeyskoy Rossii [The determinant of zooplankton and 
zoobenthos of fresh waters of European Russia]. Moscow: 
KMK Publ., 2010. 495 p. (in Russian)
13. Vørs N. Heterotrophic amoebae, flagellates and Heliozoa 
from the Tvarminne Area, Gulf of Finland, in 1988–1990 // 
Ophelia. 1992. V. 36. N1. P. 1–109.

 
   Контроль и мониторинг
Control and Monitoring

Безопасность в техносфере, №2 (март–апрель), 2018
9

14. Cotner J. B., Biddanda B. A. Small players, large role: 
microbial influence on biogeochemical processes in pelagic 
aquatic ecosystems // Ecosystems. 2002. V. 5. P. 105–121.
15. Kopylov A. I., Kosolapov D. B. Mikrobiologicheskie 
indikatory evtrofirovaniya presnykh vod [Microbiological 
indicators of freshwater eutrophication]. Bioindikatsiya 
v monitoringe presnovodnykh ekosistem [Bioindication in 

monitoring freshwater ecosystems]. St. Petersburg: «Lema» 
Publ., 2007, pp. 176–181. (in Russian)
16. Oksiyuk O. P., Zhukinskiy V. N., Braginskiy L. P. i dr. Kompleksnaya ekologicheskaya klassifikatsiya kachestva poverkhnostnykh vod sushi [Environmental Classification of 
Surface Water Quality]. Gidrobiologicheskiy zhurnal [Hydrobiological Journal]. 1993, V. 29, I. 4, pp. 62–76. (in Russian)

Assessment for Ecological Condition of Volga and Don Reservoirs  
by Bio-Indication Method

D . B . Kosolapov, Ph.D. in Biology, Head of Microbiology Laboratory, Papanin Institute for Biology of Inland Waters Russian 
Academy of Sciences (PIBIW RAS)
V . A . Devisilov, Ph.D. of Engineering, Associate Professor, Bauman Moscow State Technical University
D .  A . Novikov,  deputy general director, PJSC Shipyard “Vympel”, Rybinsk, Yaroslavl region, Russia
O . V . Cheremushkina, Magister, Bauman Moscow State Technical University

Within a framework of field researches was carried out a water sampling for definition of hydro-biological indicators for the 
purpose of Volga reservoirs’ ecological state and water quality assessment. On the basis of bio-indicators (such as heterotrophic 
bacterial plankton and zooplankton) the Volga reservoirs’ condition was defined. The research methods and results, as well 
as stations for sampling have been presented, quality and quantitative indices of aquatic organisms have been defined, and 
assessment of reservoirs’ nutritional status, ecological state and water quality has been carried out. Based on carried out 
researches has been drawn a conclusion on the need of urgent measures for improvement of Volga and numerous Volga reservoirs’ 
ecological condition.

Keywords: Volga, reservoirs’ ecological condition, bio-indication, plankton, nutritional status, surface-water quality, 
hydro-biological indices.

Река Волга: цифры и факты

Длина реки —  3530 км; 2600 рек впадает в Волгу; 
61 млн человек живет на территории бассейна реки; 35% 
его селькохозяйственного потенциала России обеспечивает Волга; 30% грузоперевозок по внутренним водным 
путям приходится на Волгу; 8,9 тыс. МВт электроэнергии 
вырабатывают 8 гидроэлектростанций, расположенных 
непосредственно на реке; 70 видов рыб обитает в Волге.
В бассейне реки Волги сложилась самая напряженная 
экологическая ситуация, которая по многим позициям 
существенно хуже, чем общая ситуация с водоемами 
в стране. В воды Волги попадает более трети, а именно 
38% всех российских загрязненных стоков. Причиной 
таких загрязнений является физический износ и технологическая отсталость очистных сооружений промышленных и муниципальных предприятий, значительный 
вред причиняют предприятия сельского хозяйства. Река 
захламлена затонувшими судами. Ежегодно в Волгу 
сбрасывается свыше 5,5 км3 загрязненных сточных вод, 
но нормативная очистка проводится лишь в отношении 10% стоков. Со сточными водами в реку поступает 
свыше 2,5 млн тонн в год загрязняющих веществ. На дне 
Волги находятся 2,5 тыс. затонувших плавсредств, включая и нефтеналивные. Ситуация с экологической ситуацией на Волге весьма тревожная, она осложняется 
тем, что, по мнению экологов, река уже исчерпала свои 
возможности по самоочищению, после строительства 
дамб водохранилища стали практически непроточны
ми, загрязнения не вымываются течением. Если ничего не предпринимать, то в недалекой по историческим 
мерам перспективе волжская вода станет непригодной 
для людей. Объем федеральной программы по очистке 
Волги до 2025 года составит 257 млрд рублей. В рамках 
реализации приоритетного проекта по сохранению Волги, в частности, предстоит наладить в волжском бассейне 
экологический мониторинг состояния окружающей среды, запустить строительство и модернизацию очистных 
сооружений, внедрить на предприятиях наилучшие технологии по очистке сточных вод. Особое внимание будет уделено низовью Волги, потребуется дополнительное 
обводнение реки Ахтубы, необходимо в целом повышать 
пропускную способность гидротехнических сооружений, создать условия для воспроизводства рыбы.
Безусловно, что указанных финансовых средств явно 
недостаточно для реабилитации Волги и ее бассейна 
в полном объеме, но это не плохое начало. Важно только, чтобы средства были использованы рационально 
и по прямому назначению, а не были разбазарены, как 
это часто бывает. Поэтому необходима четкая и проверяемая программа первоочередных мероприятий по спасению Волги, которая должна базироваться на объективных мониторинговых исследованиях и научных 
прогнозах.

Девисилов В.А.

Экологическая безопасность    
Ecological Safety

10

УДК 628.543.665 
DOI: 10.12737/article_5c35c2da1217b1.03580813
Кинетика сорбции нефти материалом на основе 
листового опада

А. А. Алексеева, зав. отделом, канд. техн. наук
С. В. Степанова, доцент, канд. техн. наук

Казанский научно-исследовательский технологический университет

e-mail: annank90@mail.ru, ssvkan@mail.ru

Проведены исследования листового опада в качестве сорбционного материала 
по отношению к нефти при различных температурах. Выявлено, что при увеличении температуры процесса, сорбционная емкость образцов уменьшается. 
Изучен механизм сорбции нефти, показано, что активное время сорбции находится в интервале от 60 до 600 с. Доказано, что при времени контакта нефти 
и сорбционного материала более 600 с начинается процесс десорбции. Построены 
и проанализированы кинетические зависимости поглощения нефти предлагаемым 
сорбционным материалом. Определение порядка реакции графическим способом 
показало, что полученные зависимости с высокой степенью корреляции можно 
отнести к гетерогенным реакциям первого порядка. Рассчитаны термодинамические параметры, которые подтверждают отсутствие химической реакции между 
нефтью и листовым опадом. Проведенные исследования определяют наиболее 
приемлемые параметры сорбции нефти материалом на основе листового опада.

Ключевые слова:  
сорбция,  
сорбционный материал,  
нефть,  
нефтяное загрязнение,  
листовой опад.

1 . Введение
В настоящее время невозможно представить современное общество без интенсивного развития 
нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. Объем транспортируемой нефти постоянно 
увеличивается. Основная доля транспорта нефти 
приходится на трубопроводы и перевозку баржами. 
При этом нефть может попадать в водные объекты, 
как правило, при авариях или промывке танкеров 
и трубопроводов. Нефтяное загрязнение нарушает естественные процессы и взаимосвязи в живой 
природе, что в случае отсутствия соответствующих 
мер его ликвидации может привести к биодеградации всего водоема. Разливы нефти и нефтепродуктов классифицируются как чрезвычайные ситуации 
и ликвидируются в соответствии с законодательством Российской Федерации. Локализация и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов предусматривает выполнение комплекса задач, 
реализацию различных методов и использование 
технических средств [1], что сопровождается значительными экономическими затратами. В связи 
с этим, актуальным становится вопрос о поиске эф
фективных и экономически доступных способов 
ликвидации последствий нефтяных разливов на водной поверхности. Сорбционный метод очистки воды 
от нефти давно зарекомендовал себя как наиболее 
эффективный. Рынок сорбентов весьма разнообразен. Однако выбор среди сорбентов с высокой эффективностью и низкой стоимостью ограничен. В этой 
связи изучение листового опада как экологичного 
природного сорбционного материала является актуальной задачей.

2 . Материалы и методы исследования
Для изучения процесса сорбции выбран смешанный листовой опад, в котором содержатся листья березы, тополя, липы, клена и т. д. Он образуется при 
уборке городских территорий, является отходом V 
класса опасности и ежегодно вывозится на полигоны 
ТБО. В качестве сорбата использовалась девонская 
нефть Тумутукского месторождения, добытая нефтегазодобывающим управлением (НГДУ) «Татнефтьгеология».
Определение основных сорбционных характеристик проводилось по стандартным методикам [3; 4].

 
   Экологическая безопасность
Ecological Safety

Безопасность в техносфере, №2 (март–апрель), 2018
11

Для построения кинетических зависимостей определялась сорбционная емкость по отношению к нефти 
при различных температурах. Стакан, в котором содержалось 50 см3 нефти, помещался на водяную баню. 
Исследуемый образец массой 1 г в коробе из латунной 
сетки погружался в стакан. Время контакта листового 
опада с нефтью составляло 5, 15, 30, 45, 60 мин. Затем 
короб с образцом снимался, стекала некоторая часть 
нефти, образец взвешивался на лабораторных весах. 
Эксперимент проводился при температурах нефти 
0–60 °C интервалом 10 °C. Нефтеемкость определялась отношением массы поглощенной нефти к начальной массе сорбционного материала.

3 . Обсуждение результатов
Анализ технических условий и физико-химических закономерностей сорбции, а также многочисленные литературные данные по исследованию 
свойств различных поглотителей позволили сформулировать комплекс основных требований к оптимальному сорбенту для сбора нефти и нефтепродуктов [5]. К ним, в частности, относятся наличие 
у сорбента достаточной нефтепоглощающей способности при низкой стоимости, плавучесть, доступность. Данные показатели смешанного листового 
опада исследованы в предыдущих работах [6].
Для изучения протекания процесса адсорбции 
при тех или иных условиях и анализа глубины процесса использовали термодинамический метод. Так, 
для определения влияния температуры на параметры процесса проведены исследования сорбции нефти листовым опадом при различных температурах
Из рис. 1 очевидно, что с увеличением температуры сорбционная емкость возрастает в первые 5 минут процесса при каждой температуре, однако при 
60 минутах нет явного уменьшения или увеличения 
сорбции для всех образцов. При обработке кинетических данных одной из важнейших задач является 
определение констант скорости и энергии актива
Рис . 1 . Кинетические зависимости поглощения нефти смешанным 
листовым опадом от времени

14

12

10

8

6

4

2

0

A, г/г

0

273 К

283 К

293 К

303 К

313 К

323 К

333 К

5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
τ, мин

ции, поскольку эти величины связаны с механизмом 
исследуемого процесса [7]. Главной задачей при этом 
является составление кинетических уравнений для 
расчета константы скорости данной реакции, т. е. 
уравнения, позволяющего в любой момент времени 
рассчитать скорость реакции как функцию концентрации. Для этого необходимо определить порядок 
реакции по отношению к каждому из реагирующих 
веществ, составить дифференциальное уравнение 
для скорости реакции и проинтегрировать его [8].
Существует несколько методов определения порядка реакции. В данном случае более применим метод 
подбора, который заключается в апробировании уравнений, отвечающих первому, второму, третьему порядкам реакции. Данный метод имеет алгебраический 
и графический способ решения. Графический состоит 
в построении экспериментальной зависимости С = f(t) 
в определенной системе координат, наличие линейности в которой подтверждает правильность выбора порядка. Согласно данному методу кинетическая кривая 
при каждой из температур должна соответствовать реакции первого, второго или третьего порядка.
Из рис. 2 видно, что графически невозможно 
четко определить наличие линейности и порядок 

2,5

2,4

2,3

2,2

2,1

2,0

1,9

1,8

1,7

0,17

0,15

0,13

0,11

0,09

0,07

0,05

0,03

0,025

0,02

0,015

0,01

0,005

0

Ln c
l/c
l/c2

0
0
0
1000
1000
1000
2000
2000
2000
3000
3000
3000
4000
4000
4000
τ, c
τ, c
τ, c

273 К

283 К

293 К

303 К

313 К

323 К

333 К

273 К

283 К

293 К

303 К

313 К

323 К

333 К

273 К

283 К

293 К

303 К

313 К

323 К

333 К

 
а 
б 
в

Рис . 2 . Зависимость логарифма концентрации от времени для реакций при адсорбции смешанным опадом: а) первого порядка, б) второго порядка, в) третьего порядка.

Экологическая безопасность    
Ecological Safety

12

реакции. Исходя из ранее проведенных исследований, можно предположить, что процесс сорбции 
на данном временном интервале не постоянен [9], как 
и при определении моделей сорбции. Таким образом, 
полученные кинетические зависимости разделили 
на два интервала: от 0 до 600 с —  активная сорбция, 
900–3600 с —  медленная сорбция, равновесие или 
десорбция. Для четкого определения характера сорбции на каждом интервале построили кинетические 
кривые, представленные на рис. 3, 4.
Кинетические прямые, представленные на рис. 3, 
построены с высокой степенью корреляции (в пределах погрешности экспериментальных данных), и показывают, что все они относятся к гетерогенным 
реакциям первого порядка. Процесс сорбции нефти 
смешанным листовым опадом при времени от 900 
до 3600 с можно отнести к реакции первого порядка, но с меньшей степенью достоверности. Логарифм 
концентрации для реакции первого порядка линейно 
зависит от времени, и константа скорости численно 
равна тангенсу угла наклона прямой к оси времени:

 
k
tg
1 = − α .

Зависимость скорости реакции от температуры выражается уравнением Аррениуса и правилом 
Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса имеет вид:

 
k
Ae

E
RT

a

=

−
,

причем А не зависит от температуры, во всяком случае в исследуемом температурном интервале. Первоначально значение Еа находят по тангенсу угла наклона логарифма константы скорости химической 
реакции от обратной температуры:

 
E
R tg
a = − ⋅
α .

Зная энергию активации и константу скорости 
при какой-либо температуре T1, по уравнению Аррениуса можно рассчитать величину константы скорости при любой температуре T2. В табл. 1 представлены рассчитанные значения энергии активации путем 
интегрирования уравнения Аррениуса в пределах 
от Т1 до Т2, что дает возможность расчета Еа по константам скоростей при двух температурах [10]:

 

lg
,

(T )

(T )

k

k
E
R T
T

a
2

1
2 3

1
1

1
2
=
−
.

Известно [11], что если энергия активации — 15–
20 кДж/моль, то наиболее медленной является стадия подвода реагента к поверхности твердого тела 
или отвода образовавшегося продукта с поверхности твердого вещества, если же энергия активации 
находится в диапазоне от 50 до 200 кДж/моль, то замедленной является сама химическая реакция на поверхности твердого тела. Как видно из табл. 1 область 

Рис . 3 . Зависимость логарифма концентрации от времени для 
реакций первого порядка при адсорбции смешанным опадом 
(60–600 с)

Рис . 4 . Зависимость логарифма концентрации от времени для 
реакций первого порядка при адсорбции смешанным опадом 
(900–3600 с)

2,5

2,4

2,3

2,2

2,1

2,0

1,9

1,8

1,7

2,5

2,4

2,3

2,2

2,1

2,0

1,9

1,8

1,7

Ln c
Ln c
273 К
R2 = 0,9236
283 К
R2 = 0,9675
293 К
R2 = 0,947
303 К
R2 = 0,8997
313 К
R2 = 0,7087
323 К
R2 = 0,7087
333 К
R2 = 0,8491

273 К
R2 = 0,308
283 К
R2 = 0,648
293 К
R2 = 0,7175
303 К
R2 = 0,2832
313 К
R2 = 0,6311
323 К
R2 = 0,6311
333 К
R2 = 0,6926
60
900
160
1400
260
1900
360
2400
460
2900
560
3400
660
3900
τ, c
τ, c

Таблица 1
Значения энергии активации при сорбции нефти  
листовым опадом при различных температурах

Энергия активации 
(Еа, кДж/моль)
Константа скорости  
(k, с–1)
Интервал  
температур 
(∆Т, К)
60–600 с
900–3600 с
60–600 с
900–3600 с

24,52
–40,61
0,13·10–6
2,78·10–6
273–283

23,84
–34,13
0,64·10–6
2,24·10–6
283–293

64,33
11,42
0,95·10–6
2,12·10–6
293–303

76,78
23,09
1,10·10–6
1,97·10–6
303–313

82,31
32,42
2,34·10–6
1,74·10–6
313–323

97,12
38,78
6,62·10–6
1,15·10–6
323–333