Toxicological Assessment of Soil Contamination by Oilfield Produced Water
The study was supported by a grant from the Russian Science Foundation and the Perm Territory No. 24- 17-20025, https://rscf.ru/project/24-17-20025
DOI:
https://doi.org/10.52575/2712-7443-2025-49-4-753-767Keywords:
produced water, toxicity, biotesting, phytotesting, oil fieldAbstract
The paper presents the results of a toxicological assessment of sub-surface waters from oil fields. The research was conducted using produced water samples collected from the Southern and Northern fields in the Perm Territory. Three test objects were used in the study: the algae Chlorella vulgaris, the crustacean Daphnia magna, and the watercress Lepidium sativum. Hydrochemical analysis of the oilfield produced water (OFPW) revealed a high mineralization degree, presence of chloride, petroleum products, iron, dry residue, and anionic surfactants. The article particularly focuses on comparing the toxicity of OFPW from the Southern and Northern fields. The study reveals a more pronounced toxic effect of the produced water from the Southern field, which is probably due to the increased content of anionic surfactants. Biotesting on Chlorella vulgaris showed an inhibitory effect of OFPW even at minimal concentrations (0.6 %), with acute toxicity observed at concentrations of 11 % for the Southern field and 16.7 % for the Northern field. The reaction of Daphnia magna also revealed an inhibitory effect of OFPW, especially for the Southern field, where a lethal effect was observed at a OFPW concentration of 2.5 %. For the Northern field, a concentration of 8.35 % proved to be critical. Phytotesting on Lepidium sativum revealed a significant decrease in seed germination and plant morphometric parameters when the soil was contaminated with OFPW. The plants that had been sown into pre-contaminated soil showed greater resistance than those exposed to contamination after germination. This indicates the possibility of plant adaptation to chronic contamination, but also highlights the high vulnerability of plants to sudden OFPW emissions. The study shows that uniform distribution of a pollutant in the soil can reduce its negative impact, while sudden contamination leads to more pronounced toxic effects. This has important practical significance for the development of measures for the reclamation of contaminated areas. The article concludes by emphasising the need for further research to classify OFPWs according to their physical and chemical properties and toxicological effects. It is recommended that anionic surfactants be included in the environmental monitoring programmes of oil production enterprises, as these substances can play a significant role in enhancing the toxicity of OFPW.
Downloads
References
Список источников
ГОСТ Р 58623-2019. Национальный стандарт Российской Федерации. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Резервуары вертикальные цилиндрические стальные. Правила технической эксплуатации. 2019. М., Стандартинформ, 75 с.
ГОСТ Р ИСО 22030-2009. Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений. 2009. М., Стандартинформ, 16 с.
Государственный доклад о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2021 году. 2022. М., 626 с.
ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10-04. Методика измерений оптической плотности культуры водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer) для определения токсичности питьевых, пресных природных и сточных вод, водных вытяжек из грунтов, почв, осадков сточных вод, отходов производства и потребления. 2014. М., Федеральный центр анализа и оценки техногенного воздействия, 36 с.
ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10-06. Методика прямого подсчета Daphnia magna для определения токсичности питьевых, пресных, природных и сточных вод, водных вытяжек из грунтов, почв, осадков сточных вод, отходов производства и потребления методом прямого счета. 2014. М., Федеральный центр анализа и оценки техногенного воздействия, 38 с.
ПНД Ф Т 14.1:2:4.19-2013. Методика определения токсичности питьевых, грунтовых, поверхностных и сточных вод, растворов химических веществ по измерению показателей всхожести, средней длины и среднего сухого веса проростков семян кресс-салата (Lepidium sativum). 2013. М., Стерлитамак, 28 с.
СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. 2021. М., Минюст России, 987 с.
Список литературы
Александрова В.В., Цыганова В.И. 2021. Оценка токсичности почв загрязнённых подтоварной водой на тест-объекте Ceriodaphnia Affinis. Заметки ученого, 8: 460–466.
Алиева С.А., Тюрин В.Н. 2020. Физико-химические свойства подтоварных вод (южная часть Сургутской низины Западной Сибири). В кн.: Безопасный Север – чистая Арктика. III Всероссийская научно-практическая конференция, Сургут, 11–12 ноября 2020. Сургут, Сургутский государственный университет: 145–149.
Бузмаков С.А., Андреев Д.Н., Назаров А.В., Дзюба Е.А., Шестаков И.Е., Куюкина М.С., Елькин А.А., Егорова Д.О., Хотяновская Ю.В. 2021. Реакция разных тест-объектов на экспериментальное загрязнение почв нефтью. Экология, 4: 254–262. https://doi.org/10.31857/S0367059721040053
Валиуллина А.М. 2020. Биотестирование как метод экологического мониторинга. Научно-практические исследования, 8–3(31): 32–34.
Даянов Д.И., Юмагулова Э.Р. 2017. Биохимические особенности растений в условиях влияния подтоварных вод. В кн.: Биология. Экология. География. Картография. Безопасность жизнедеятельности. Энергетика. Электротехника. Нефтегазовое дело. XIX Всероссийская студенческая научно-практическая конференция Нижневартовского государственного университета, Нижневартовск, 04–05 апреля 2017. Нижневартовск, Нижневартовский государственный университет: 348–351.
Дзюба Е.А. 2014. Биотестирование как метод мониторинга экологических систем. Антропогенная трансформация природной среды, 1: 46–50.
Кучин Л.С., Немчанинова Е.А. 2023. Биотестирование реки Ивы и ее притоков методом измерения оптической плотности культуры водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer). Антропогенная трансформация природной среды, 9(1): 46–53. https://doi.org/10.17072/2410-8553-2023-1-46-53
Маячкина Н.В., Бакина Л.Г., Брянцев А.В., Явид Е.Я., Мязин В.А., Горохов С.А., Лашков Р.А. 2024. Опыт оценки токсичности пластовой (подтоварной) воды ТПП «ЛУКОЙЛ-Ухтанефтегаз» для окружающей среды. Экология и промышленность России, 28(3): 38–43. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2024-3-38-43
Мещурова Т.А., Ходяшев М.Б. 2018. К вопросу о пластовой и подтоварной воде. Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства, 4: 68–71. https://doi.org/10.24411/1816-1863-2018-14068
Романова К.А. 2021. Влияние солевого загрязнения на биологическую продуктивность и морфологию растений в модельных опытах. В кн.: Научный потенциал молодёжных исследований. V Международная научно-практическая конференция, Петрозаводск, 11 ноября 2021. Петрозаводск, Международный центр научного партнерства «Новая Наука»: 525–532.
Сергеев М.А., Давыденко Л.В. 2016. Биотестирование почв на проростках семян кресс-салата. Юный ученый, 5(8): 68–71.
Хаматова А.В. 2023. Оценка качества вод и донных отложений р. Каменка методом биотестирования. Антропогенная трансформация природной среды, 9(1): 54–64. https://doi.org/10.17072/2410-8553-2023-1-54-64
Buzmakov S.A., Egorova D.O., Khotyanovskaya Y.V., Andreev D.N., Dziuba E.A., Shestakov I.E., Ivshina I.B., Kuyukina M.S., Elkin A.A., Nazarov A.V. 2021. Ecological Criteria for Assessing the Content of Petroleum Hydrocarbons in the Main Soils of Coniferous-Deciduous Forests and Forest Steppe. Environmental geohemistry and health, 43: 5099–5118. https://doi.org/10.1007/s10653-021-00998-9
References
Aleksandrova V.V., Tsyganova V.I. 2021. Otsenka toksichnosti zagryaznennykh podtovarnoy vody na test-ob"yekte Ceriodaphnia Affinis [Evaluation of the Toxicity of Soils Contaminated with Produced Water on the Test Object Ceriodaphnia Affinis]. Zametki uchenogo, 8: 460–466.
Alieva S.A., Tyurin V.N. 2020. Physical and Chemical Properties of Produced Waters (Southern Part of the Surgutsk Bottom of Western Siberia). In: Safe North – Clean Arctic. III All-Russian Scientific and Practical Conference, Surgut, 11–12 November 2020. Surgut, Pabl. Surgutskiy gosudarstvennyy universitet: 145–149 (in Russian).
Buzmakov S.A., Andreev D.N., Nazarov A.V., Dzyuba E.A., Shestakov I.E., Kuyukina M.S., El'kin A.A., Egorova D.O., Khotyanovskaya Y.V. 2021. Responses of Different Test Objects to Experimental Soil Contamination with Crude Oil. Russian Journal of Ecology, 52(4): 267–274 (in Russian). https://doi.org/10.1134/S1067413621040056.
Valiullina A.M. 2020. Biotestirovaniye kak metod monitoringa okruzhayushchey sredy [Biotesting as a Method of Environmental Monitoring]. Nauchno-prakticheskiye issledovaniya, 8–3(31): 32–34.
Dayanov D.I., Yumagulova E.R. 2017. Biokhimicheskiye osobennosti rasteniy v usloviyakh podtovarnoy vody [Biochemical Peculiarities of Plants Under the Influence of Backwaters]. In: Biologiya. Ekologiya. Geografiya. Kartografiya. Bezopasnost zhiznedeyatelnosti. Energetika. Elektrotekhnika. Neftegazovoye delo [Biology. Ecology. Geography. Cartography. Life safety. Power engineering. Electrical engineering. Oil and gas engineering]. XIX All-Russian Student Scientific and Practical Conference of Nizhnevartovsk State University, Nizhnevartovsk, 4–5 April 2017. Nizhnevartovsk, Pabl. Nizhnevartovskiy gosudarstvennyy universitet: 348–351.
Dzyuba E.A. 2014. A Bioassay as the Method of Ecological Systems Monitoring. Anthropogenic Transformation of Nature, 1: 46–50 (in Russian).
Kuchin L.S., Nemchaninova E.A. 2023. Biotesting of the Iva River and Its Tributaries by Measuring the Optical Density of Chlorella vulgaris Beijer. Anthropogenic Transformation of Nature, 9(1): 46–53 (in Russian). https://doi.org/10.17072/2410-8553-2023-1-46-53
Maiachkina N.V., Bakina L.G., Briantsev A.V., Yavid E.Ya., Myazin V.A., Gorokhov S.A., Lashkov R.A. 2024. Experience in Assessing the Toxicity of Formation (Produced) Water of the LUKOIL-Ukhtaneftegaz RPC for the Environment. Ecology and Industry of Russia, 28(3): 38–43 (in Russian). https://doi.org/10.18412/1816-0395-2024-3-38-43
Meshchurova T.A., Khodiashev M.B. 2018. To Question about Stratal and Subcommodity Water. Ekologicheskaya bezopasnost' stroitel'stva i gorodskogo khozyaystva, 4: 68–71 (in Russian). https://doi.org/10.24411/1816-1863-2018-14068
Romanova K.A. 2021. The Effect of Salt Pollution on Biological Productivity and Morphology of Plants in the Model Experiment. In: Scientific Potential of Youth Research. V International Scientific and Practical Conference, Petrozavodsk, 11 November 2021. Petrozavodsk, Pabl. Mezhdunarodnyy tsentr nauchnogo partnerstva «Novaya Nauka»: 525–532 (in Russian).
Sergeyev M.A., Davydenko L.V. 2016. Biotestirovaniye pochv na prorostkakh semyan kress-salata [Biotesting of Soils on Seedlings of Watercress Seeds]. Yunyy uchenyy, 5(8): 68–71.
Khamatova A.V. 2023. Assessment of the Quality of Waters and Bottom Sediments of the Kamenka River by Biotesting. Anthropogenic Transformation of Nature, 9(1): 54–64 (in Russian). https://doi.org/10.17072/2410-8553-2023-1-54-64
Buzmakov S.A., Egorova D.O., Khotyanovskaya Y.V., Andreev D.N., Dziuba E.A., Shestakov I.E., Ivshina I.B., Kuyukina M.S., Elkin A.A., Nazarov A.V. 2021. Ecological Criteria for Assessing the Content of Petroleum Hydrocarbons in the Main Soils of Coniferous-Deciduous Forests and Forest Steppe. Environmental geohemistry and health, 43: 5099–5118. https://doi.org/10.1007/s10653-021-00998-9
Abstract views: 75
Share
Published
How to Cite
Issue
Section
Copyright (c) 2025 Regional Geosystems
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
