РЕФЕРАТ
Токсичность нефти и нефтепродуктов, опасность обращения с ними
Введение
В связи с быстрым развитием в мире химической и нефтехимической промышленности, потребность в нефти увеличивается не только с целью повышения выработки топлив и масел, но и как источника ценного сырья для производства синтетических каучуков и волокон, пластмасс, ПАВ, моющих средств, пластификаторов, присадок, красителей, и др. (более 8% от объёма мировой добычи). Нефть уникальна именно комбинацией качеств: высокая плотность энергии (на тридцать процентов выше, чем у самых качественных углей), нефть легко транспортировать (по сравнению с газом или углём, например), наконец, из нефти легко получить массу вышеупомянутых продуктов.
Однако помимо положительных качеств нефть имеет и ряд отрицательных. Нефтепродукты самым негативным образом влияют на окружающую среду. Они относятся к наиболее вредным химическим загрязнителям. Всего два грамма нефти в килограмме почвы делают ее полностью непригодной для жизни растений и микроорганизмов. А разлитие одного литра нефтепродуктов убивает морских обитателей в 40 тысячах литров воды, лишая их кислорода. Образуемая нефтяная пленка вскоре частично испаряется, частично растворяется в воде, а остаток - оседает и накапливается на дне.
Загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами происходит различным образом; чаще всего оно выражается антропогенным воздействием на природу. Мировая добыча нефти определяется величиной 2,5 млрд. т, даже при минимальных оценках потерь в 2% при транспортировке, переработке и использовании нефти и нефтепродуктов во внешнюю среду выбрасывается не менее 50 млн. т.в год.
Исследование токсичных свойств данного вещества, опасности обращения с ним, выявление источников загрязнения являются очень важными задачами на сегодняшний день.
Целью данного реферата является изучение токсичности нефти и ее влияния на окружающую среду, а также опасности обращения с нефтепродуктами.
В рамках этой цели были поставлены следующие задачи:
)Описать нефть и токсичность ее компонентов;
)Изучить влияние нефти на живых организмов, а также на среды их обитания
)Описать опасность обращения с нефтепродуктами.
)Рассмотреть источники нефтяного загрязнения и методы устранения нефтяных загрязнений.
1. Токсичность нефти
транспортировка нефтепродукт противопожарный
При добыче, хранении и транспортировке нефти в землю попадает огромное количество нефтепродуктов, которые распространяются на значительные расстояния, загрязняя почву и грунтовые воды. Сегодня только на территории России накоплены сотни миллионов тонн нефтешламов, миллионы кубометров замазученной воды и трудно поддающиеся подсчету объемы загрязненного нефтью и нефтепродуктами грунта. Если не бороться с таким крупномасштабным загрязнением почвы, подземных вод и морей, рано или поздно оно спровоцирует экологическую катастрофу.
Нефть является экологически опасным веществом, которое при попадании в окружающую среду (в почву, в водоемы) нарушает, угнетает и заставляет протекать иначе все жизненные процессы. Степень воздействия зависит от ее количественного и качественного состава.
Нефть представляет собой естественную смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть (80-90%) - жидкие углеводороды с числом атомов углерода в молекуле от 1 до 40 (C1-C40) и гетероатомные органические соединения (смолы), преимущественно сернистые, азотистые и кислородные, содержание которых в нефти не более 4-5%.
Токсичность нефти объясняется присутствием летучих ароматических углеводородов (толуол, ксилол, бензол), нафталина и ряда других фракций нефти. Такие составляющие нефти как бензол и толуол являются высокотоксичными веществами, однако они легко испаряются. Более тяжелые элементы нефти, такие как многоядерные ароматические углеводороды, наносят куда больший вред, они не так токсичны, но воздействуют на окружающую среду в продолжение более долгого времени. Нефть, попавшая на пляж и просочившаяся в песок, может оставаться там на месяцы и даже годы.
1.1 Опасность нефтепродуктов для живых организмов
Массированные выбросы нефти или продуктов ее переработки приводят к существенному изменению элементов экологических систем, снижая устойчивость ландшафтов, или приводя к их необратимым изменениям.
Токсичность нефти и нефтепродуктов проявляется при вдыхании их паров. Иногда отравление может произойти в результате попадания жидкого продукта на кожу или слизистые оболочки.
Токсичность нефтепродуктов проявляется и в их воздействии на здоровье человека. Наиболее вредным считается соединение сероводорода с углеводородом. Жидкие нефтепродукты оказывают наиболее негативное влияние на кожу, пары ароматических соединений отличаются наркотическим воздействием. Также углеводороды отрицательно действуют на сердечнососудистую систему и снижают показатели крови. Конечно, реализация нефтепродуктов не может осуществляться без человеческого участия, однако важно не допускать попадания ядов в организм и на кожу. Поэтому к работе с нефтепродуктами допускаются лица, прошедшие соответствующее обучение, медицинское освидетельствование и имеющие допуск к работе в специфических условиях.
Нефтяные пятна наносят огромный вред морским птицам из-за строения их оперения, нефть снижает изоляционные возможности их оперения, делая их беззащитными перед перепадами погоды и создавая проблемы в плавании и добывании себе корма. Если нефть попала на птичье оперение, это не дает птице возможность взлететь, что делает ее легкой добычей для хищников. При чистке своего оперения птицы, как правило, всасывают нефть, что нарушает функционирование их организма, в первую очередь почек. Большинство птиц погибают, если в дело не вмешивается человек.
1.2 Влияние нефтяных отходов на почву
Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Почвенный покров осуществляет биологическое поглощение, разрушение и нейтрализацию различных веществ - поллютантов. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности. Одним из видов негативного антропогенного воздействия является загрязнение углеводородами нефти, продуктов ее переработки, сжигания и веществ, сопутствующих добыче нефти.
К чему приводит такое интенсивное загрязнение почвы нефтью? Во-первых, оказавшись в грунте, нефтепродукты могут взаимодействовать с водоносными горизонтами и попадать в питьевую воду. Во-вторых, ухудшается структура самой почвы, повышается ее кислотность, в почве накапливаются патогенные микроорганизмы (особенно возбудители корневой гнили), происходит деградация и депрессия почвенной микрофлоры, нарушается почвенный микробиоценоз и биоценоз в целом. Общий экономический ущерб в результате этих процессов оценивается в сотни миллиардов рублей ежегодно.
Между тем, естественное восстановление плодородия почв при загрязнении нефтью происходит значительно медленнее, чем при других техногенных загрязнениях. Однако нефтяные пятна на земле достаточно легко устранимы, поскольку вокруг пятна можно быстро насыпать вал, предотвращающий попадание диких животных в опасную зону.
1.3 Влияние нефтепродуктов на моря и океаны
Нефть, разлитая на море, представляет собой куда большую опасность чем нефть, разлитая на суше. Поскольку на воде нефтяное пятно может расползтись на сотни морских миль и превратиться в тончайшую масляную пленку, которая покрывает даже пляжи. Такое развитие событий может привести к гибели морских птиц, млекопитающих и других организмов.
Опытами по изучению влияния загрязненных нефтью сточных вод на выживаемость и дыхательный ритм рыб (карась) установлено, что сырая нефть более токсична, чем ее водная вытяжка. Токсичность водной вытяжки нефти значительно падает, если производить ее аэрацию, так как при этом происходит окисление и улетучивание части ядовитых компонентов. Токсичность нефти находится в прямой зависимости от ее концентрации и толщины поверхностной пленки. Средняя выживаемость карасей в концентрированных вытяжках нефти - 7 суток, но указанная токсичность исчезает при разбавлении в 10 раз.
При аварии на подводном переходе нефтепровода на поверхности водоема скапливается 80 - 90% нефти. За счет турбулентного движения водного потока происходит ее перемешивание с водой. Вследствие токсичности нефти и нефтепродуктов, попадающих в воду при авариях, значительный ущерб наносится обитателям водной среды, затрудняется эксплуатация использования водоема на больших площадях. Отказы трубопроводов приводят к загрязнению воды, грунта и растительного покрова на берегах и дне водоемов. Наиболее токсичными для растений являются нафтеновые и керосиновые фракции с температурой кипения 150 - 275 С. По данным канадских ученых, на пораженных нефтепродуктами участках даже через 15 лет растительный покров восстанавливается менее чем наполовину.
2. Опасность в обращении с нефтепродуктами
Несмотря на сложный экономический период развития нашей страны, темпы развития в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях, как важной части топливно-энергетического комплекса, продолжают расти.
Без нефти и нефтепродуктов современный человек не представляет своей жизни. Но, кроме множества преимуществ, они имеют и некоторые недостатки. Прежде всего, это специфичные продукты, при обращении с которыми нужно не забывать о соблюдении техники безопасности. Основная опасность нефтепродуктов заключается в их токсичности и пожароопасности. В них находится смесь циклических углеводородов, которая легко воспламеняется, а по токсичности нефтепродукты относят к четвертому классу опасности.
Присутствие серы повышает токсичность нефти и ее составных компонентов, предъявляет повышенные требования к герметизации и надежности технологического оборудования вследствие высокой коррозирующей активности соединений серы.
Продукты переработки нефти имеют сложный химический состав и существенные различия в эксплуатационных свойствах. Считается, что наиболее токсичные из них - это те, температура кипения которых достигает 150-275°С. Кроме того, отдельные нефтяные фракции содержат в себе канцерогены.
2.1 Пожарная опасность нефтепродуктов
Пожарная опасность нефтепродуктов зависит от их способности к самовоспламенению, самовозгоранию и поддерживанию процессов горения. Что касается первых двух свойств, то они имеют некоторые различия. Самовоспламенение представляет собой процесс, при котором происходит воспламенение нефтепродукта, но осуществляется оно без участия открытого огня. А при самовозгорании горючие вещества самопроизвольно загораются в результате реакции с кислородом, то есть окисления. Больше всего склонны к процессам окисления смазочные масла. Опасность нефтепродуктов данного типа обуславливает максимальную осторожность при обращении с ними. Это касается не только нефтепродуктов, но и промасленных материалов, ветоши, спецодежды и т.п. Оставленные без присмотра или на хранение при несоблюдении требований безопасности они могут служить источником пожара.
Резервуарные парки являются одними из основных сооружений складов нефти и нефтепродуктов. Увеличение объема добычи и переработки нефти вызывает увеличение объемов резервуарных парков. Несмотря на осуществление обширного комплекса мероприятий по обеспечению пожарной безопасности резервуарных парков в них происходят пожары как у нас в стране, так и за рубежом. Этот факт свидетельствует о том, что проблема пожарной защиты данных объектов требует дальнейшего усовершенствования. Решение проблемы снижения пожарной опасности резервуарных парков и защиты окружающей среды возможно при внедрении современных методов, исключающих или ограничивающих при хранении потери от испарения нефтепродуктов и образование взрывоопасных концентраций.
Примечательно, что 65% пожаров, происходит в весенне-летний период и основными источниками зажигания (не считая огневые и ремонтные работы) являются разряды атмосферного электричества, а также огневые технологические установки. Здесь надо отметить, что в первом случае (разряды атмосферного электричества) загорались резервуары только на насосных станциях нефтепродуктов, что говорит о ненадежности существующей молниезащиты и необходимости ее усовершенствования на данных объектах. Огневые технологические установки, как источник зажигания, проявлялись только на нефтепромысловых объектах.
Пожарная опасность технологического процесса определяется: пожароопасными свойствами веществ, находящихся в обращении и их количеством; возможностью образования горючих концентраций в резервуарах, в насосных и на территории резервуарного парка; опасностью повреждений резервуаров и коммуникаций; возможностью появления источников зажигания; путями распространения пожара.
.2 Транспортировка нефтепродуктов
Большинство нефтепромыслов находится далеко от мест переработки или сбыта нефти, поэтому быстрая и экономичная доставка жизненно важна для процветания отрасли.
Самым дешевым и экологически безопасным способом транспортировки нефти являются нефтепроводы. Нефть в них движется со скоростью до 3 м/сек под воздействием разницы в давлении, создаваемой насосными станциями. Их устанавливают с интервалом в 70-150 километров в зависимости от рельефа трассы. Трубы можно проводить и по дну моря, но поскольку это сложно технически и требует больших затрат, большие пространства нефть пересекает при помощи танкеров, а подводные трубопроводы чаще используют для транспортировки нефти в пределах одного нефтедобывающего комплекса.
Основной объем международных перевозок нефти осуществляют танкеры. Современные танкеры - это гигантские суда. Впечатляющие размеры объясняются экономическим «эффектом масштаба». Стоимость перевозки одного барреля нефти на морских судах обратно пропорциональна их размерам. Кроме того, число членов экипажа большого и среднего танкера примерно одинаково. Поэтому корабли-гиганты значительно сокращают расходы компаний на транспортировку.
Нефти и нефтепродукты при обычных, условиях транспорта к хранения обладают высокой текучестью и поэтому после выхода из емкости или трубопровода растекаются тонким слоем по окружающей местности. Если местность принять неподвижной, ровной, без уклонов и преград, то загрязняемая площадь будет прямо пропорциональна количеству пролитой жидкости при некоторой минимальной толщине нефтяного слоя на подстилающей поверхности.
При аварийном растекании нефти и нефтепродуктов на местности (по суше или по воде) возникают различные опасные факторы, вызывающие экономические, технологические, пожарно-технические и экологические проблемы.
Агрегаты - одна из самых распространенных форм нефтяного загрязнения. При перевозке в танкерах и длительном испарении вязкость нефти увеличивается настолько, что формируются смоляные комки или агрегаты. Такие образования, сорбируя взвешенные минеральные и органические частицы, постепенно уплотняются до весьма твердых комочков и шаров. При балластировке и очистке танков они попадают в море. Суммарный вес нефтяных агрегатов на всей акватории Мирового океана составляет не менее 0,5 миллионов тонн.
3. Загрязнения окружающей среды нефтепродуктами
Обычно потери нефти и нефтепродуктов при добыче и переработке составляют 1-2%, для России это - около 5 млн. тонн в год. По более пессимистическим оценкам, только при переработке нефти в почву просачивается 1,5% общего объема горючего. В грунтах вокруг многих нефтеперерабатывающих заводов за десятилетия их работы накопилось огромное количество нефти и нефтепродуктов - иногда это сотни тысяч тонн. Неудивительно, что под большинством фабрик, складов, заводов, транспортных парков и аэропортов существуют целые бензиновые озера. Например, грунты под Грозным в Чечне превратились в одно из крупнейших нефтяных «месторождений», созданных человеком: специалисты утверждают, что его запасы достигают миллиона тонн. Подмосковная земля, по некоторым подсчетам, ежегодно впитывает 37 тыс. тонн нефтепродуктов.
Ежегодные мировые затраты на очистку и восстановление почвы от загрязнений углеводородами составляют десятки миллиардов долларов.
.1 Источники загрязнения нефтью
Разумеется, основные источники загрязнения окружающей среды нефтепродуктами - предприятия и оборудование нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности. В районах нефтедобычи все компоненты биосферы испытывают интенсивное воздействие, приводящее к нарушению равновесия в экосистемах.
В первую очередь загрязнение нефтью и нефтепродуктами окружающей среды вызвало серьезное беспокойство благодаря авариям на буровых скважинах, расположенных в море, и крушениях танкеров. При растекании пленки нефти по поверхности воды она образует слой углеводородов, различной толщины, покрывающий большие поверхности. Так 15 тонн мазута в течение 6-7 суток растекается, покрывая поверхность около 20 кв. км. Загрязнение почвы нефтью и продуктами ее переработки, как правило, имеет локальный характер, вызывая не менее разрушительные последствия.
Однако загрязнения, вызванные авариями, составляют лишь небольшую долю от общего количества загрязнения. Так, по данным Национальной академии Наук в Вашингтоне катастрофы и аварии при добыче и транспортировке нефти и нефтепродуктов составляет менее 6%, в то же время потери при транспортных перевозках составляют 34,9% от общего количества загрязнения углеводородами, причем в реки попадает 31,1% нефтепродуктов, а в атмосферу всего 0,8%.
Отработанные газы автомобиля содержат более 200 соединений, 170 из которых представляют опасность для биоты, в первую очередь тяжёлые металлы, накапливающиеся в почве вдоль автодорожного полотна, и, прежде всего, свинец. Особенно прочно фиксируют тяжелые металлы верхние органогенные горизонты почвенного покрова. Поэтому объектом мониторинга служат лесные подстилки и верхний пятисантиметровый слой почвы на расстоянии 5-10 м и 20-25 м от края проезжей части.
Автомобили не единственные передвижные загрязнители окружающей среды нефтепродуктами. Как правило, неэлектрифицированные железные дороги имеют высокую замазученность в районе железнодорожного полотна, причем, постоянное поступление нефтепродуктов железнодорожного полотна, делает практически нецелесообразным биологическую очистку территории.
.2 Способы устранения нефтяных загрязнений
С возрастанием масштабов добычи, транспорта, хранения и переработки нефти проблема борьбы с аварийными утечками и выбросами нефти и нефтепродуктов становится острой мировой проблемой, в которой решающими и первостепенными являются вопросы экологии и экономики. Методы и средства защиты от аварийного растекания разработаны еще недостаточно. В соответствии с новыми национальными и международными законами «об охране окружающей среды предпринимаются значительные усилия к практическому разрешению этой проблемы.
До сих пор очистка грунта и нефтешламов ведется недостаточно эффективно и по большому счету остается практически нерешенной проблемой, и это несмотря на то, что разработку и совершенствование очистного и восстанавливающего оборудования ведут практически все фирмылидеры в области создания химического оборудования.
В свое время первые в мире сепараторные станции для очистки нефтяных шламов были построены на Ярославском и Волгоградском НПЗ. Из-за неудачного опыта работы по применению сепараторов для очистки нефтяных шламов не были продолжены, а спустя 25 лет наша технология вернулась в Россию через западные фирмы. В 1971 году на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе была построена установка для сжигания нефтяного шлама, донных осадков шламонакопителей и флотопены, однако в следствии не экономичности ее использование продолжалось до 1980 года. Примерно в это же время установку для очистки нефтешлама создала шведская фирма «Alfa-Laval». Увы, опыт эксплуатации показал, что на такой установке можно очищать только свежие, вновь образующиеся нефтешламы, она совершенно не предназначена для очистки донных осадков шламонакопителей. В 1990 году на ПО «Пермнефтеоргсинтез» была смонтирована установка очистки нефтешлама немецкой фирмы «KHD» (ее аналогом можно считать и установку фирмы «Flottweg»). В начале 90-х годов широкую известность получили методы деструкции разлитой нефти биоштаммами. В настоящее время применяются специально созданные биоштаммы: путедойл, деворойл и др. Собственный метод очистки грунта от нефтепродуктов разработала американская фирма «Bogart Еnvironmental Services». Несколько лет она вполне успешно работает в Кувейте, очищая песчаный грунт от аварийных разливов нефти.
Заключение
В данной работе были исследованы токсичные свойства нефти и нефтепродуктов, влияния их на живой организм, а также на среду обитания, и опасность обращения с ними. Также были рассмотрены источники загрязнения окружающей среды нефтепродуктами и методы их устранения.
Было выявлено, что нефть является одним из наиболее широко применяемых человеком ресурсов. Нефть используется для производства масел, топлива, синтетических каучуков, растворителей и даже лекарственных препаратов. Без углеводородных соединений современную жизнь представить себе практически невозможно. Это топливо, освещение, транспорт, но это и аварийные разливы, загубленные пляжи, уничтоженные птицы и животные.
Нефть является одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды. Токсичность нефти нефтепродуктов заключается в том, что их пары оказывают отравляющее действие на организм живых существ, а также на места их обитания. Загрязнения нефтью почвы и океанов, вследствие халатности или неаккуратного обращения с нефтью ведет за собой гибель многих живых существ, обитающих в данной области.
Помимо токсичности нефти, и влияния ее на окружающую среду была описана опасность обращения с нефтепродуктами. Аварии, возникающие на нефтедобывающих предприятиях, на танкерах, перевозящих нефть и выливая ее в океан, а также пожароопасность нефти, наряду с токсичностью, делают этот материал не только трудным в добычи, но и в транспортировке, хранение и применении.
Источниками загрязнения окружающей среды углеводородами и продуктами их сжигания являются предприятия добычи и переработки нефти, нефтепроводы, нефтебазы, заправочные станции и т.п., предприятия энергетики и другие предприятия, а также автомобили, и другие виды транспорта, использующие нефтепродукты в качестве топлива и сырья.
Однако были выявлены и способы устранения источников загрязнения и методы очистки самих загрязненных районов. Однако методы и средства защиты от аварийного растекания разработаны еще недостаточно.
Список литературы
1. Большая Энциклопедия Нефти Газа: www.ngpedia.ru.
Википедия, нефть: #"justify">. Волков О.М. Пожарная опасность резервуаров с нефтепродуктами. - М.: Недра, 1984.
Все о добыче нефти и газа: www.neftrus.com.
Гольберг В.М. Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологические последствия / В.М. Гольберг, В.П. Зверев, А.М. Арбузов и др. - М.: Наука, 2001.
Евротех: #"justify">. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. - Справ.изд.: В 2-х ч.Ч1. Под ред. Колверта С, Инглуда Г. - М.: Металлургия, 1988.
Иларионов С.А. Экологические аспекты восстановления нефтезагрязненных почв. - Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 194 с.
М.М. Судо, Р.М. Судо. Нефть и углеводородные газы в современном мире; 2008.
Масловский, В.В.; Дудко, П.Д. Полирование металлов и сплавов; 1974 г.
Н.Ф. Маркизова, А.Н. Гребенюк, В.А. Башарин. Токсикология нефтепродуктов; 2003 г.
Экология и охрана природы: http://www.newecologist.ru/
И воды обуславливает особенности их нахождения в поверхностных и подземных водах. Нефть и нефтепродукты представляют собой смесь углеводородов с различной растворимостью в воде: для нефтей (в зависимости от химического состава) растворимость составляет 10-50 мг/дм 3 ; для бензинов — 9-505 мг/ дм 3 ; для керосинов — 2-5 мг/ дм 3 ; для дизельного топлива — 8-22 мг/ дм 3 . Растворимость углеводородов увеличивается в ряду:
- ароматические >циклопарафиновые >парафиновые. Растворимая доля нефти в воде от всей ее массы мала (5∙10 -3 %), но при этом необходимо учитывать два обстоятельства:
- в число растворяющихся компонентов нефти попадают наиболее токсичные ее компоненты;
- нефть может образовывать с водой стойкие эмульсии, так что в толщу воды может перейти до 15% всей нефти.
Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую — «нефть в воде» и обратную — «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0.5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества.
При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности в виде тонкой нефтяной пленки, которая перемещается со скоростью примерно в два раза большей, чем скорость течения воды.
При соприкосновении с берегом и прибрежной растительностью нефтяная пленка оседает на них. В процессе распространения по поверхности воды легкие фракции нефти частично испаряются, растворяются, а тяжелые опускаются в толщу воды, оседают на дно, загрязняя донные отложения.
В таблице 6.7 приведена классификация нефтяного загрязнения поверхностных водоемов .
Установить прямую связь между объемом утечки (разлива) и площадью загрязнений поверхности воды , дна водоема, его берегов, а также стойкость загрязнений весьма трудно. Ориентировочную (приближенную) оценку площади загрязнения можно получить, пользуясь данными С.М. Драчева (табл. 6.8).
Таблица 6.7
Таблица 6.8
Последствия нефтяного загрязнения рек и водоемов. Загрязнение воды нефтью затрудняет все виды водопользования.
Влияние нефтяного загрязнения на водоем проявляется в:
- ухудшении физических свойств воды (замутнение, изменение цвета, вкуса, запаха);
- растворении в воде токсических веществ;
- образовании поверхностной пленки нефти и осадка на дне водоема, понижающей содержание в воде кислорода.
Характерный запах и привкус появляются при концентрации нефти и нефтепродуктов в воде 0.5 мг/дм 3 , а нафтеновых кислот 0.01 мг/дм 3 . Значительные изменения химических показателей воды происходят при содержании нефти и нефтепродуктов более 100-500 мг/дм 3 . Пленка нефти на поверхности водоема ухудшает газообмен воды с атмосферой, замедляя скорость аэрации и удаления углекислого газа, образующегося при окислении нефти. При толщине нефтяной пленки 4.1 мм и концентрации нефти в воде 17 мг/дм 3 количество растворенного кислорода за 20-25 сут понижается на 40%.
Загрязнение нефтью и нефтепродуктами рыбохозяйственных водоемов приводит к ухудшению:
- качества рыбы (появление окраски, пятен, запаха, привкуса);
- гибели взрослых рыб, молоди, личинок и икры;
- отклонениям от нормального развития рыбной молоди, личинок и икры;
- сокращению кормовых запасов (бентоса, планктона), мест обитания, нереста и нагула рыб;
- нарушению миграции рыб, молоди, личинок и икры.
При характеристике и оценке нефтяного загрязнения важное место занимают методы определения углеводородов нефти и нефтепродуктов в водах, которые весьма разнообразны и противоречивы. В настоящее время единой гостированной методики определения содержания нефтепродуктов в природных средах не существует, это связано со сложностью углеводородного состава нефтей и неоднородностью дисперсных систем, образующихся при нефтяных загрязнениях.
Наиболее часто, при определении содержания нефтепродуктов в воде пользуются двумя методами:
- флюориметрическим (прибор «Флюорат — 02»): прибор «Флюорат — 02» измеряет массовые концентрации нефтепродуктов, растворяемых в гексане (согласно МУК 4.1.057-4.1.081-96). Диапазон измеряемых концентраций 0,005-50 мг/дм 3 . Метод неприменим для определения в пробах воды индивидуальных компонентов, входящих в состав нефтепродуктов, парафинов и легкокипящей фракции нефтепродуктов;
- фотометрическим (приборы АН-1 и ИКФ-2А): двухлучевой анализатор (прибор АН-1) измеряет содержание нефтепродуктов в пробах воды и донных отложений в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.5-95 путем экстрагирования их четыреххлористым углеродом;
Концентратомер нефтепродуктов (прибор ИКФ-2а) измеряет содержание нефтепродуктов в пробах воды и донных отложений в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.5-95 путем экстрагирования их четыреххлористым углеродом. Минимальная определяемая концентрация нефтепродуктов — от 0.03 мг/дм 3 .
Нефть и нефтепродукты хорошо растворяются в малополярных органических растворителях. Практически все нефтяные компоненты полностью растворимы в четыреххлористом углероде. Неполярные органические растворители (гексан), растворяют всю углеводородную часть нефти, но не растворяют входящие в ее состав асфальтены и высокомолекулярные смолы. Поэтому двухлучевой анализатор и концентратомер нефтепродуктов позволяют определять общее содержание, как легких, так и тяжелых углеводородов.
Введение
Окружающая среда дает промышленному предприятию все необходимое для продолжения технологического цикла. По мере того, как развивается и расширяется производство, предприятию требуется все большее количество ресурсов, которые оно берет из окружающей среды. По мере того, как развивается и расширяется производство, предприятию требуется все большее количество ресурсов, которые оно берет из окружающей среды.
В свою очередь, промышленное предприятие выбрасывает в окружающую среду такие продукты технологического цикла, как сточные воды, твердые отходы, отработанные газы, причем качественный состав отходов варьируется в зависимости от профиля предприятия. С ростом производства вредных выбросов становится все больше Радзевич Н.Н., Пашканг К.В. Охрана и преобразование природы. - М.: Просвещение, 2001 - С.57.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что фабрики, заводы и иные предприятия пагубно влияют на тот ареал, в котором расположены, а добыча необходимых для их технологического процесса ископаемых также губительна для природы.
В последнее десятилетие все большее признание получало идея о существовании взаимного влияния здоровой окружающей среды и устойчивого экономического развития. В это же время в мире происходили крупные политические, социальные и экономические изменения, по мере того, как многие страны начинали осуществление программ радикальной структурной перестройки своей экономики. Таким образом, изучение влияния на окружающую среду общеэкономических мероприятий стало актуальной проблемой, имеющей серьезное значение и требующей скорейшего решения.
Предмет исследования - влияние нефтяных загрязнений на окружающую среду, объект исследования - разливы нефти и урон, наносимый ими окружающей среде. Гипотеза исследования - что современное предприятие наносит окружающей среде ущерб, начиная уже с процесса добычи необходимых для промышленного производства материалов. Практическая значимость курсовой работы - исследование и анализ влияния нефтяных загрязнений на окружающую среду.
Цель работы состоит в изучении взаимодействия и влияния нефтяных предприятий на окружающую среду.
В задачи курсовой работы входит рассмотрение и анализ следующих вопросов:
Загрязнения окружающей среды разливами нефти;
Ответственность за разливы нефти;
Влияние нефтяных загрязнений на окружающую среду;
Влияние нефти на животных и растения;
Влияние нефти на гидросферу и литосферу.
Разливы нефти могут возникать и уже появляются практически повсюду. На небольшие разливы обращают мало внимания, их быстро убирают или же они разлагаются естественным способом. Большие разливы нефти привлекают внимание общественности и, как правило, требуют принятия срочных мер со стороны государственных организаций. Невозможно заранее предугадать серьезные разливы нефти, однако в случае их возникновения биологи и административные органы должны нести ответственность.
1. Нефтяные загрязнения окружающей среды
1.1 Загрязнения окружающей среды разливами нефти
Появление около 35% углеводородов нефти в морских акваториях в начале 70-х было вызвано разливами и сбросами при транспортировке нефти морем. Разливы при транспортировке и выгрузке составляют менее 35% от всеобщих размеров и сбросов нефти на почву и в чистую воду окружающей среды. Данные конца 70-х показывают, что эта цифра возросла до 45% в морских акваториях. В городских районах разливы и выбросы нефти могут составить 10% или немногим меньше. Для сравнения большинство разливов нефти в прибрежных или материковых частях происходит при транспортировке Радзевич Н.Н., Пашканг К.В. Охрана и преобразование природы. - М.: Просвещение, 2001 - С.83.
Сбросы нефти в воду быстро покрывают большие площади при этом толщина загрязнения также бывает разной. Холодная погода и вода замедляют растекание нефти по поверхности, поэтому данное количество нефти покрывает большие участки летом, чем зимой. Толщина разлитой нефти больше в тех местах, где она собирается вдоль береговой линии. Движение нефтяного разлива зависит от ветра, течения и приливов. Некоторые виды нефти опускаются (тонут) и движутся под толщей воды или вдоль поверхности в зависимости от течения и приливов.
Сырая нефть и продукты переработки начинают менять состав в зависимости от температуры воздуха, воды и света. Компоненты с низким молекулярным весом легко испаряются. Количество испарений колеблется от 10% при разливах тяжелых типов нефти и нефтепродуктов (№ 6 топочный мазут) до 75% -- при разливах легких типов нефти и нефтепродуктов (№ 2 топочный мазут, бензин). Некоторые компоненты с низким молекулярным весом могут растворяться в воде. Менее 5% сырой нефти и нефтепродуктов растворяются в воде. Этот «атмосферный» процесс способствует тому, что оставшаяся нефть становится более плотной и неспособной плыть по поверхности воды.
Нефть под влиянием солнечных лучей окисляется. Тонкая пленка нефти и нефтяной эмульсии легче окисляется в воде, чем более толстый слой нефти. Нефть с высоким содержанием металла или низким содержанием серы окисляется быстрее, чем нефть с низким содержанием металла или высоким содержанием серы. Колебания воды и течения смешивают нефть с водой в результате чего получается либо нефте-водяная эмульсия (смесь из нефти и воды), которая со временем растворится, либо водо-нефтяная эмульсия, которая не будет растворяться. Водо-нефтяная эмульсия содержит от 10% до 80% воды; 50-80 процентные эмульсии часто называют «шоколадным муссом» из-за плотного, вязкого вида и шоколадного цвета. «Мусс» распространяется очень медленно и может оставаться на воде или берегу без изменения в течение многих месяцев.
Движение нефти с поверхности воды в процессе растворения и превращения в эмульсию доставляют молекулы и частицы нефти к живым организмам. Микробы (бактерии, дрожжи, нитевидные грибки) в воде меняют состав нефти на мелкие и простые по структуре углеводороды и неуглеводороды. Частички нефти в свою очередь прилипают к частичкам в воде (обломкам, тине, микробам, фитопланктону) и оседают на дне, где микробы меняют легкие и простые по структуре компоненты. Тяжелые компоненты более устойчивы к микробному воздействию и в итоге оседают на дне. Эффективность воздействия микробов зависит от температуры воды, водородного показателя, процентного содержания соли, наличия кислорода, состава нефти, питательных веществ в воде и микробов. Таким образом, микробиологическое ухудшение наиболее часто возникает в случае уменьшения кислорода, питательных веществ и повышения температуры воды Питерс А. Разливы нефти и окружающая среда // Экология - 2006 - №4 - С.11.
Микробы, оказавшиеся под воздействием нефти, размножаются в морских организмах и быстро реагируют на большие выбросы нефти. От 40% до 80% разлитой сырой нефти подвергаются воздействию микробов.
Разные организмы притягивают нефть. Фильтрующий зоопланктон, двустворчатый моллюск поглощают частички нефти. Хотя моллюски и большинство зоопланктона не способны переварить нефть они могут переносить ее и являются временным хранилищем. Рыба, млекопитающие, птицы и некоторые беспозвоночные (ракообразные, многие червеобразные) переваривают определенное количество углеводородов нефти, которые они заглатывают во время питания, очищения, дыхания.
Время нахождения нефти в воде обычно составляет менее 6 месяцев, если разлив нефти не произошел накануне или непосредственно зимой в северных широтах. Нефть может попасть в ледовую ловушку до наступления весны, когда начнет подвергаться воздействию воздуха, ветра, солнечных лучей и усиленному воздействию микробов, сопровождающихся повышением температуры воды. Время нахождения нефти в прибрежных отложениях, либо уже подверженных атмосферному влиянию в качестве водо-нефтяной эмульсии определяется характеристиками отложений и конфигурацией береговой линии. Период сохранения нефти в прибрежной окружающей среде варьируется от нескольких дней на скалах до более чем 10 лет в укрытых от приливо-отливов и сырых участках.
Нефть, удерживаемая в отложениях и на берегу, может быть источником загрязнения прибрежных вод.
Периодические штормы часто поднимают огромное количество осевшей нефти и уносят их в море. В местах с холодным климатом из-за льдов, медленного движения волн, меньшей химической и биологической активности нефть остается в отложениях или на берегу на долгий период времени, чем в местах с умеренным или тропическим климатом. В холодном климате укрытые от приливо-отливов и сырые участки, способны удерживать нефть неограниченное время. Некоторые отложения или сырые почвы содержат недостаточное количество кислорода для разложения; нефть разлагается без воздуха, но этот процесс идет медленнее.
У разлитой на земле нефти нет времени подвергнуться воздействию погоды прежде, чем она попадет в почву. Разливы нефти на небольшую водную поверхность (озера, ручьи) обычно несильно подвергаются погодному влиянию пока не достигнут берега, чем разливы нефти в океане. Разница в скорости течения, пористости почвы, растительности, направлении ветра и волн влияют на временной период сохранения нефти у береговой линии.
Нефть, разлитая непосредственно на земле испаряется, подвергается окислению и воздействию микробов. При пористой почве и низком уровне грунтовых вод нефть, разлитая на земле, может загрязнять грунтовые воды.
Сжигание угля, нефтепродуктов, газа, битумов и других веществ сопровождается поступлением в атмосферу, почвы и водную среду значительных масс канцерогенных веществ, среди которых особенно опасны полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и бенз(а)пирен (БП). Автотранспорт, авиация, коксохимические и нефтеперегонные заводы, нефтепромыслы способствуют загрязнению окружающей среды этими канцерогенами. Антропогенные источники выбрасывают в атмосферу канцерогенный 3,4-бензпирен, другие токсичные соединения.
Присутствие повышенных количеств (БП) в воздухе, водах, почвах, пище установлено в городах, промышленных регионах, вокруг предприятий, железнодорожных станций, аэропортов, вдоль дорог. Главный конечный резервуар аккумуляции БП - почвенный покров. Больше всего его накапливается в гумусовом горизонте почв. С почвенной пылью, грунтовыми водами, в результате водной эрозии, с продуктами питания бензпирен поступает в общие биогеохимические циклы на суше, распространяясь повсеместно.
Ежегодно в мире добывается свыше 2,5 млрд т сырой нефти. Негативное последствие интенсификации нефтедобычи - загрязнение природной среды нефтью и продуктами ее переработки. При добыче, транспортировке, переработке и использовании нефти и нефтепродуктов их теряется около 50 млн т год. В результате загрязнения значительные территории становятся непригодными для сельскохозяйственного использования. С поступлением в почвы сырой нефти и нефтепродуктов нарушается процесс их естественного фракционирования. При этом легкие фракции нефти постепенно испаряются в атмосферу, некоторая часть нефти механически выносится водой за пределы площади загрязнения и рассеивается на путях движения водных потоков. Часть нефти подвергается химическому и биологическому окислению.
Нефть - это сложные смеси газообразных, жидких и твердых углеводородов, различных их производных и органических соединений других классов. Основные элементы в составе нефти - углерод (83-87 %) и водород (12-14 %). Из других элементов в ее состав в заметных количествах входят сера, азот и кислород.
Кроме того, нефть, как правило, содержит незначительные количества микроэлементов. В составе нефти идентифицировано свыше 1000 индивидуальных соединений.
Для оценки нефти как вещества, загрязняющего природную среду, используются следующие признаки: содержание легких фракций, парафина и серы:
легкие фракции обладают повышенной токсичностью для живых организмов, но их высокая испаряемость способствует быстрому самоочищению;
парафин - не оказывает сильного токсического действия на живые организмы, но благодаря высокой температуре застывания существенно влияет на физические свойства почвы;
сера - увеличивает опасность сероводородного загрязнения почв.
Основные загрязняющие вещества для почв:
пластовая жидкость, состоящая из сырой нефти, газа, нефтяных вод;
газ газовых шапок нефтяных залежей;
законтурные воды нефтяных пластов;
нефть, газ и сточные воды нефтяных пластов;
нефть, газ и сточные воды, полученные в результате отделения пластовой жидкости и первичной подготовки нефти;
подземные воды;
буровые растворы;
нефтепродукты.
Эти вещества попадают в окружающую среду вследствие нарушения технологии, различных аварийных ситуаций и т.д.. При этом компоненты газовых потоков осаждаются на поверхности растений, почв, водоемов. Частично углеводороды возвращаются на земную поверхность с осадками, при этом происходит вторичное загрязнение суши и водоемов. С поступлением нефти и нефтепродуктов в окружающую среду с процессами микробиологического и химического разложения происходит их испарение, что может служить источником загрязнения атмосферы и почв.
Нефтяные вещества способны накапливаться в донных отложениях, а затем с течением времени включаться в физико-химическую, механическую и биогенную миграции вещества. Преобладание тех или иных процессов превращения, миграции и аккумуляции нефтепродуктов чрезвычайно сильно зависит от природно-климатических условий и свойств почв, в которые поступают эти загрязняющие вещества. При попадании нефти в почву происходят глубокие, необратимые изменения морфологических, физических, физико-химических, микробиологических свойств, а иногда и существенные изменения почвенного профиля, что приводит к потере загрязненными почвами плодородия и отторжению территорий из сельскохозяйственного использования.
В состав нефти входят: алканы (парафины), циклоалканы (нафтены), ароматические углеводороды, асфальтены, смолы и олефины.
К нефтепродуктам относят различные углеводородные фракции, получаемые из нефти. Но в более широком смысле понятие «нефтепродукты» принято представлять как товарное сырье из нефти, прошедшее первичную подготовку на промысле, и продукты переработки нефти, использующиеся в различных видах хозяйственной деятельности: бензинные топлива (авиационные и автомобильные), керосинные топлива (реактивные, тракторные, осветительные), дизельные и котельные топлива; мазуты; растворители; смазочные масла; гудроны; битумы и прочие нефтепродукты (парафин, присадки, нефтяной кокс, нефтяные кислоты и др.)
При испарении, например, с поверхности загрязненных нефтепродуктами грунтовых вод они образуют в зоне аэрации газовые ареолы. А имея такое свойство, как образование взрывоопасной смеси при определенном соотношении паров с воздухом, могут взрываться при внесении в эту смесь высокотемпературного источника.
Пары нефти и нефтепродуктов являются токсичными и оказывают отравляющие действия на организм человека. Особенно токсичны пары сернистых нефтей и нефтепродуктов, а также этилированны х бензинов. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных паров нефтепродуктов в воздухе рабочих зон нефтебаз приведены в табл. 5.2.
Таблица 5.2 ПДК вредных паров нефтепродуктов в воздухе рабочих зон нефтебаз
Взаимодействие нефти и нефтепродуктов с грунтами, микроорганизмами, растениями, поверхностными и подземными водами имеют свои особенности в зависимости от типов нефти нефтепродуктов.
Метановые углеводороды, находясь в почвах, водной и воздушной сферах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы: попадая в клетки через мембраны, дезорганизуют их.
Добыча, транспортировка, переработка нефти и газа довольно часто сопровождаются значительными потерями и катастрофическим воздействием на окружающую среду, которые особенно заметны в пределах морских акваторий. Главную опасность для прибрежно-морской зоны представляет освоение месторождений нефти и газа на шельфе.
В настоящее время в мире работают более 6500 буровых платформ. Более 3000 танкеров заняты перевозкой нефтепродуктов.
Поступление нефтепродуктов в мировой океан составляет примерно 0,23 % годовой мировой добычи нефти. Загрязнение морей и океанов нефтью происходит главным образом в результате слива за борт танкерами и судами нефтесодержащих вод (см. табл. 5.3).
На суше основная масса нефтепродуктов транспортируется по трубопроводам. Наиболее уязвимая масса часть магистральных трубопроводов - это переходы через реки, каналы, озера и водохранилища. Магистральные трубопроводы пересекаются с железнодорожными и шоссейными дорогами, реками, озерами каналами. И нередко на переходах возникают аварийные ситуации, тем более, что почти 40 % протяженности магистральных трубопроводов проработало более 20 лет и их срок службы на исходе.
Таблица 5.3 Источники и пути поступления нефтяных углеводородов в Мировой океан
Нефтяное загрязнение является тем техногенным фактором, который влияет на формирование и протекание гидрохимических и гидрологических процессов в морях, океанах и внутренних бассейнах. Существует понятие «фоновое состояние природной среды», под которым подразумевают состояние природных экосистем на обширных территориях, испытывающих умеренные антропогенные воздействия за счет загрязняющих веществ, поступающих от ближних и дальних источников эмиссии в атмосферу и сбросов сточных вод в водоемы.
Атмосфера способствует испарению летучих фракций нефти и нефтепродуктов. Они подвержены атмосферному окислению и переносу и могут вернуться на землю или в океан. Наземные (расположенные в пределах суши) объекты нефтедобычи служат антропогенными источниками загрязнения таких составных элементов геологической среды, как земная поверхность, почвы и подстилающие горизонты подземных вод, а также рек, водохранилищ, прибрежных зон морских акваторий и т.д.
Значительная часть легкой фракции нефти разлагается и улетучивается еще на поверхности почвы или смывается водными потоками. При испарении из почвы удаляется от 20 до 40 % легкой фракции. Частично нефть на земной поверхности подвергается фотохимическому разложению. Количественно сторона этого процесса еще не изучена.
Важная характеристика при изучении нефтяных разливов на почвах - содержание твердых метановых углеводородов в нефти. Твердый парафин не токсичен для живых организмов, но вследствие высоких температур застывания и растворимости в нефти (+18 С и +40 С) он переходит в твердое состояние. После очистки его можно использовать в медицине.
При оценке и контроле загрязнения окружающей среды выделяют группы нефтепродуктов, различающиеся:
степенью токсичности по отношению к живым организмам;
скоростью разложения в окружающей среде;
характером произведенных изменений в атмосфере, почвах, грунтах, водах, биоценозах.
В почвогрунтах техногенные нефтепродукты находятся в следующих формах:
пористой среде - в жидком легкоподвижном состоянии;
на частицах горной породы или почвы - в сорбированном, связанном состоянии;
в поверхностном слое почвы или грунта - в виде плотной органоминеральной массы.
Почвогрунты считаются загрязненными нефтепродуктами, если концентрация нефтепродуктов достигает уровня, при котором:
начинается угнетение или деградация растительного покрова;
падает продуктивность сельскохозяйственных земель;
нарушается экологическое равновесие в почвенном биоценозе;
происходит вытеснение одним-двумя произрастающими видами растительности остальных видов, ингибируется деятельность микроорганизмов;
происходит вымывание нефтепродуктов из почвогрунтов в подземные или поверхностные воды.
Безопасным уровнем загрязнения почвогрунтов нефтепродуктами рекомендуется считать уровень, при котором не наступает ни одного из негативных последствий, перечисленных выше, вследствие загрязнения нефтепродуктами. Нижний безопасный уровень содержания нефтепродуктов в почвогрунтах для территории России отвечает низкому уровню загрязнения и составляет 1000 мг/кг. При более низком уровне загрязнения в почвенных экосистемах происходят относительно быстрые процессы самоочищения, а негативное влияние на окружающую среду незначительно.
мерзло-тундрово-таежные районы - низкое загрязнение (до 1000 мг/кг);
таежно-лесные районы - умеренное загрязнение (до 5000 мг/кг);
лесостепные и степные районы - среднее загрязнение (до 10000 мг/кг).
Для слежения за уровнем загрязнения почвогрунтов от хронических утечек нефтепродуктов, предотвращения критических экологических ситуаций, а также для оценки загрязненности почвогрунтов ведут отбор проб почвогрунта. Если же авария уже произошла, то при отборе проб устанавливают:
глубину проникновения нефтепродуктов в почвогрунты, их направление и скорость внутрипочвенного потока;
возможность и масштабы проникновения нефтепродуктов из почвогрунтов в водоносные горизонты;
ареал распространения нефтепродуктов в пределах загрязняемого водоносного горизонта;
источник загрязнения почвогрунтов и вод.
Пункты отбора проб определяются в зависимости от рельефа местности, гидрогеологических условий, источника и характера загрязнения.
Проблема охраны окружающей природной среды приобретает особую остроту в связи с загрязнением водоемов и почв нефтью и нефтепродуктами. Наиболее ощутимо эти воздействия проявляются при добыче нефти, ее переработке, транспортировке, из-за технологических и аварийных выбросов продукции в среду.
Известно, что 1 л нефти загрязняет до 1000 м 3 воды, что обусловлено присутствием в ней природных поверхностно-активных веществ, которые образуют стабильные нефте-водные эмульсии (Гандурина Л.В., 1987).
Необходимо отметить, что на всех этапах добычи и транспортировки ежегодно теряется более 45 млн. тонн нефти (на суше – 22 млн. т, на море – 7 млн. т, в атмосферу в виде продуктов неполного сгорания топлива поступает 16 млн.т). Общее количество поступающих нефтяных углеводородов в морскую среду составляет 2-8 млн. тонн в год, из них 2,1 млн. т составляют потери при перевозках судами и танкерами, 1,9 млн. т выносится реками, остальное поступает с городскими и промышленными отходами прибрежных районов, урбанизированных территорий и из прочих источников (Шапоренко С.И., 1997).
К середине 2004 года мировой танкерный флот разросся до 3,5 тысяч судов дедвейтом от 10 тыс. тонн и выше. Его общая грузоподъемность составляет около 310 млн. тонн. Причем более 70% судов суммарным дедвейтом 270 млн. тонн предназначены для перевозок нефти и нефтепродуктов. Танкерный флот по тем или иным причинам терпит бедствия, вызывая загрязнения окружающей среды.
Так, катастрофа танкера «Престиж» в ноябре 2002 года привела к загрязнению 3000 км побережья Испании, Франции, Великобритании. В результате погибло 300 тысяч птиц, огромные потери понесло рыболовство и марикультура, в море поступило 64 тысячи тонн мазута (из Доклада Всемирного Фонда дикой природы). При аварии танкера «Экссон Валдиз» на Аляске в 1989 году было разлито более 70 тысяч тонн нефти, загрязнившей 1200 километров побережья. Во время ноябрьских штормов 2007 года в районе Керченского пролива потерпели крушение несколько судов, в результате в море – на небольшом участке вылилось около 100 тонн нефтепродуктов.
В 2010 году в Мексиканском заливе произошла катастрофа планетарного масштаба. После 36-часового пожара нефтяная платформа затонула, после чего в океан стало поступать до 1000 тонн нефти в сутки. В Мексиканском заливе образовалось огромное нефтяное пятно размером 78 на 128 км, которое, в конечном счете, достигло побережья Луизианы, Флориды и Алабамы (рис 1-4). Сократить утечку удалось только через пять месяцев.
Нефть и нефтепродукты, находящиеся в водных экосистемах, пагубно действуют на все звенья экологической цепи, от микроскопических водорослей до млекопитающих.
Продолжающиеся загрязнения морей и пресных водоемов нефтью и нефтепродуктами ставят перед исследователями задачу поиска путей восстановления естественных показателей воды.
В настоящее время существует большое количество методов и способов очистки загрязненных вод, которые можно разделить на следующие.
Механическая очистка основана на процеживании, фильтровании, отстаивании и инерционном разделении различных примесей и отходов. Такой способ очистки стоков позволяет отделять нерастворимые примеси и взвешенные частицы, находящиеся в воде. Механические методы очистки являются самыми дешёвыми, однако их применение не всегда эффективно.
В процессе химической очистки стоков может накапливаться большое количество осадка, который необходимо отфильтровывать и утилизировать иными способами очистки. Один из самых эффективных (но дорогих) способов очистки воды – это использование процессов коагуляции, сорбции, экстракции, электролиза, ультрафильтрации, ионообменной очистки и обратного осмоса. Эти физико-химические способы очистки сточных вод отличаются удовлетворительными показателями очистки воды от углеводородов нефти. Тем не менее, при их широком использовании необходимо строить специальные очистные сооружения, иметь дорогие химические реагенты и т.д.
Биологический способ очистки нефтезагрязненной воды эффективен для обезвреживания стоков различного происхождения и основан на применении специальных углеводородокисляющих микроорганизмов. Большой эффективностью обладают биофильтры с тонкой бактериальной плёнкой, биологические пруды в снятии легкоразрушаемой органики с населяющими их микроорганизмами, аэротенки с активным илом из бактерий и иных микроорганизмов (Fergusson S., 2003).
Перечисленные выше методы в основном используются для очистки стоков и водных акваторий суши. В морях используются иные методы.
Для ликвидации разлива нефти в открытом море используют механические, термические, физико-химические и биологические методы.
Одним из главных методов ликвидации разлива нефти является механический ее сбор разлитой нефти и нефтепродуктов в сочетании с боновыми заграждениями. Их предназначением является предотвращение растекания нефти по водной поверхности, увеличение ее концентрации для облегчения процесса уборки, а также отвод (траление) нефти от наиболее экологически уязвимых районов. Нефтесорбирующие боны являются надежной, эффективной и простой в обслуживании, экологически безопасной и экономически приемлемой системой очистки вод от нефтяных загрязнений. Наибольшая эффективность при этом достигается в первые часы после разлива нефти. Для очистки акваторий и ликвидации разливов нефти (сбор нефти и мусора) используются различные конструкции нефтесборщиков.
Термический метод основан на выжигании нефти, применяется при достаточной толщине слоя и сразу же после загрязнения, до образования эмульсий с водой. Этот метод, как правило, применяется в сочетании с другими методами ликвидации разлива.
Физико-химический метод с использованием диспергентов и сорбентов эффективен в тех случаях, когда механический сбор нефти невозможен, например, при малой толщине пленки или когда разлившаяся нефть представляет реальную угрозу экологически уязвимым районам. Диспергенты представляют собой специальные химические вещества, которые применяются для активизации естественного рассеивания (растворения) нефти с целью облегчить ее удаление с поверхности воды раньше, чем разлив достигнет экологически уязвимого района. Сорбенты (мелко измельченные растительные остатки травянистых и древесных растений, торф, лишайники и др.) при взаимодействии с водной поверхностью впитывают нефтепродукты, после чего образуются комья, насыщенного нефтью. Их в дальнейшем убирают механическими способами, а оставшиеся частички подвергаются разрушению разнообразным путем, включая биологическим.
Биологический метод основан на применении микроорганизмов, утилизирующих нефть и нефтепродукты. Он в основном используется после применения механического и физико-химического методов.
Среди известных биологических методов особое место занимают биотехнологии с использованием биопрепаратов и консорциумов микроорганизмов, созданных на основе аборигенной микрофлоры, присутствующей в природных сточных водах. Известно большое разнообразие коммерческих биопрепаратов, действие которых основано на биохимическом разрушении углеводородов, входящих в его состав штаммами микроорганизмов. В состав биопрепаратов чаще всего входит один или несколько разновидностей микроорганизмов.
Применение биологического способа очистки отличается от других методов экологической безопасностью, большой эффективностью, а также экономической рентабельностью. При оптимальном выборе консорциума микроорганизмов в сочетании с применением биостимулирующих веществ (некоторых органических веществ, минеральных удобрений и др.) удается ускорить биологическое окисление нефтяных загрязнений в десятки и сотни раз и снизить остаточное содержание нефтепродуктов практически до нулевых значений (Морозов Н.В., 2001).
При утилизации углеводородов нефти с помощью консорциумов микроорганизмов и биопрепаратов необходимо учитывать климатические условия (в основном показатели рН и температуры), свойства нефти определенных месторождений, а также взаимодействия применяемых микроорганизмов с аборигенной микрофлорой очищаемых объектов.
В настоящее время, существует широкий класс гетеротрофных микроорганизмов, включенных в состав бактериальных препаратов. При этом каждый отдельный комплекс микроорганизмов отличается своей индивидуальностью по отношению к тем или иным углеводородам нефти. Например, монобактериальные препараты характеризуются узкой специфичностью по отношению к отдельным углеводородам, небольшим интервалом рН, солености, температуры, концентрации углеводородов. В этом заключается их недостаток.
В природных условиях в разложении нефти принимает участие целый микробиоценоз с характерной структурой трофических связей и энергетического обмена. Поэтому полибактериальные препараты имеют более широкие адаптационные и экологические возможности для использования микроорганизмов в процессах очистки.
В Казанском (Приволжском) федеральном университете (Россия, г. Казань) путем целенаправленной селекции созданы консорциумы, в состав которых входят ассоциации из трех, девяти и десяти штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов. Они были выделены из сточных вод нефтеперерабатывающего предприятия ОАО «Казаньоргсинтез», многочисленных автохозяйств и городского коллектора, отводящего нефтезагрязненные воды. Консорциум обладает высокой окислительной активностью (по конечному продукту окисления товарной нефти (обессоленной и обезвоженной) и нефтепродуктам 2040 мг СО 2 за 20 суток); способен расти на обедненной питательной среде с высокой скоростью окисления нефти (включая ароматические углеводороды, содержащиеся в парафинах тяжелых нефтей); при 5-35°С и широком диапазоне рН (от 2,5 до 10 единиц). Одним из основных преимуществ разработанного нами консорциума бактерий, является их уникальная способность адаптироваться к конкретным условиям применения, обладает устойчивостью к длительному и непрерывному процессу очистки сточных вод от нефтяных загрязнений, простотой технологии.
Благодаря тому, что в состав консорциума входит большое количество штаммов микроорганизмов они быстро адаптируются к различным условиям среды обитания. Консорциум как бы “настраивается” на работу с определенными углеводородами, содержащимися в сточных водах. При изменении условий среды, в том числе и состава загрязнителей они быстро перестраивают свой метаболизм за счет изменения структуры консорциума. Препарат не оказывает разрушающего действия (в отличие от агрессивных химических средств) на оборудование и является экологически безопасным.
Консорциум углеводородокисляющих микроорганизмов предназначен для глубокой очистки и доочистки углеводородсодержащих стоков:
1) автономно-плавающих судов, автозаправочных станций, станций мойки и ремонта автомашин, механизированных транспортных станций, предприятий местной промышленности и объектов малой канализации;
2) крупнотоннажных заводских стоков различных отраслей промышленности сельского хозяйства и быта с широким спектром остаточных нефтепродуктов и углеводородов;
3) при подготовке высококонцентрированных углеводородсодержащих сточных вод локальных производств, цехов органического синтеза и хозяйств до нормы отвода в биологические очистные сооружения для полного их обезвреживания;
4) при очистке и доочистке промаслянных балластных сточных вод автономно-плавающих судов;
5) при доочистке крупнотоннажных технологических стоков от остатка нефтепримесей после биологической очистки сточных вод.
6) Консорциум может быть использован и для очистки больших морских акваторий.
С полным вариантом статьи можно познакомиться на сайте Московского общества испытателей природы (http://www.moip.msu.ru)
Авторы: Николай Васильевич Морозов , Ольга Вадимовна Жукова (Казанский (Приволжский) федеральный университет [email protected] [email protected]), Анатолий Павлович Садчиков (Международный биотехнологический центр Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова aquaecotox@ yandex. ru)
