Источники загрязнения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами. Нефтезагрязненные почвы.

 

В настоящее время одной из самых острых экологических проблем современности остается загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами, многие из которых являются высокотоксичными и создают угрозу здоровью людей и биологическому разнообразию [1].

Нефть - это жидкая природная ископаемая смесь углеводородов широкого физико-химического состава, которая содержит растворенный газ, воду, минеральные соли, механические примеси и служит основным сырьем для производства жидких энергоносителей (бензина, керосина, дизельного топлива, мазута), смазочных масел, битумов и кокса.. Однако стоит учесть, добыча, переработка и транспортировка нефти и нефтепродуктов зачастую становятся источниками загрязнения окружающей среды, которое с большой вероятностью может приобретать катастрофический характер [11]. Нефть представляет собой смесь углеводов и их производных, в целом свыше 1000 индивидуальных органических веществ, каждое из которых может рассматриваться как самостоятельный токсикант. К нефтепродуктам относятся бензин, лигроин, керосин, газойль, мазут, гудрон и т. д.

Потенциальными источниками загрязнения окружающей среды нефтесодержащими отходами являются нефтепромыслы, нефте- и нефтепродуктопроводы, нефтеперерабатывающие предприятия, нефтехранилища, резервуарные парки, транспорт и др. При добыче, транспортировании, хранении и переработке нефти и нефтепродуктов, а также при проведении работ по ликвидации аварийных разливов нефти происходит образование и накопление нефтешламов в нефтешламонакопителях, амбарах, емкостях, а также других нефтесодержащих отходов [1].

Негативное воздействие промышленности нефтегазового комплекса на компоненты окружающей среды вызвано экотоксичность и радиоактивностью добываемых нефтяных ресурсов, а также отходов, образующихся от их добычи, широким спектром химических веществ, применяемых в технологиях по добычи, подготовки, транспортировки, хранения и переработки.

Все технологические процессы в нефтяной промышленности от начала (разведки) и до самого конца (использования), при соответствующих условиях могут нарушить баланс естественной экосистемы.

В природных условиях нефть залегает на больших глубинах и не оказывает негативного и иного влияния на почву. Загрязнение почв нефтью происходит в результате антропогенной деятельности в районах нефтепромыслов, нефтепроводов, а также при перевозке нефти. Наиболее серьезным фактором нарушения биоценозов являются аварийные разливы нефти и нефтепродуктов. Причинами аварий на магистральных и внутрипромысловых трубопроводах, приводящих к загрязнению земель нефтью и нефтепродуктами, являются: коррозионный износ оборудования, дефекты материала (труб, фасонных изделий, арматуры и др.); активность сульфатредуцирующих бактерий и образование биопленок на поверхности нефтепроводов; нарушение технологических регламентов, брак строительно-монтажных работ; механические повреждения при производстве работ вблизи трубопровода; ошибки эксплуатационного персонала; стихийные явления (землетрясения, наводнения, оползни и т.п.); действия сторонних организаций и физических лиц [1]. Все выше представленные причины наносят значительный вред компонентам окружающей среды. В большей степени вред наносится верхнему плодородному слою поверхности земли - почве. В связи с этим проблема нефтяных загрязнений весьма актуальна в настоящее время при активном развитии нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

Попадание поллютантов в окружающую среду происходит за счет следующих процессов:

1) бурение разведочных нефтяных и газовых скважин;

2) аварийное фонтанирование скважины;

3) техногенные аварии транспортных средств;

4) утечка или порыв нефте- и продуктопроводов;

5) сброс неочищенных промысловых сточных вод в поверхностные водоемы, а также на шельф морей и океанов;

6) размещение нефтесодержащих отходов в естественной геосреде.

Однако, в научных и исследовательских трудах ряда авторов отмечается, что попадание углеводородов в почвенные горизонты может иметь как антропогенный, так и природный характер [8, 9, 42]. Для некоторых районов характерны естественные выходы нефти на поверхность земли. Один из береговых пунктов в Южной Калифорнии, например, был назван по этому признаку Нефтяным мысом. Такие выходы обычны в Карибском море, Мексиканском и Персидском заливах. В нашей стране они наблюдаются для ряда месторождений республики Коми (г. Ухта) и др. Нередко эти выходы проявляются на поверхности морей и океанов или на донных или береговых участках рек.

Фонтаны, возникающие в процессе добычи нефти и газа, делят на нефтяные и газовые. При этом за нефтяные принимают фонтаны с большим дебитом (суточная производительность) нефти (1500-2000 т/сут и более) и меньшим количеством газа (750 тыс. м³/сут); газонефтяные ‑ с содержанием газа более 50 %, газовые ‑ с 90-100% газа. Во всех случаях огромный экологический вред и опасность фонтанов для основных объектов природной среды (атмосферы, водоемов, почвы, недр и т. д.) очевидны.

Наряду с этим, естественные процессы образования природных углеводородов в почвах обусловлены высвобождением углеводородных соединений, которые входят в состав растительного опада [6]. Аккумуляция углеводородов в почвенном горизонте имеет неравномерный пространственно-временной характер, что обусловлено качественным составом почв, видом их целевого использования, преобладающей растительностью, а также климатическими факторами и временем года [24, 35, 46].

Также значительную техногенную нагрузку на окружающую среду оказываю объекты трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов.

Строительствообъектов трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, особенно в северных районах, оказывает значительное влияние на микроклимат и состояние экосистемы тундры и лесотундры. Формирование траншей локально нарушает почвенный слой изменяет режим питания и растительного покрова влагой, нарушает теплофизическое равновесие, растопляет вечномерзлые грунты. Нарушение почвенного покрова в северных районах страны приводит к исчезновению некоторых видов тундровых растений, например мхов и лишайников.

При эксплуатации трубопроводов утечки нефтесодержащих транспортируемых жидкостей, а также других загрязняющих веществ на участках магистральных трасс трубопроводов, расположенных под судоходными трассами морей и рек, наиболее подверженных механическим повреждениям, нередко остаются незамеченными в течение длительного времени и наносят большой ущерб всем экологически значимым объектам окружающей среды. Статистическими данными установлено, что в среднем при одном порыве нефтепровода на прилегающую территорию разливается около двух тонн нефти или нефтепродуктов, что приводит к нарушение почвенного слоя по площади более 1 га.

В процессе бурения и добычи сырой нефти непрерывное негативное воздействие на окружающую природную среду происходит за счет утечек как сырой нефти, так и буровых растворов и буровых сточных вод через неплотности во фланцевых соединениях (сальниках, задвижках), разрывами трубопроводов, разливами нефти при опорожнении сепараторов и отстойников.

Основная часть загрязнений на территории промысла накапливается и поступает в водоемы из устья скважин и прискважинных площадок. Загрязнение в этих случаях возможно через неплотности в сальниках; при ремонтных работах и освоении скважин; из переполненных мерников; при очистке мерников и трапов от грязи и парафина; разлив нефти происходит при спуске сточной воды из резервуаров; при переливе нефти через верх резервуара и др.

Наиболее распространенными причинами утечек нефти и нефтепродуктов из резервуаров является механическое нарушение в результате коррозии их днища под действием грунтовых вод воды. Постоянный автоматизированный контроль содержимого в резервуаре позволяет своевременно обнаруживать даже небольшие утечки нефти и нефтепродуктов и принять меры по их утранению. Большинство хранилищ не исключают испарения нефти, газа, конденсата.

Типичными остаются разливы нефти в результате аварий на нефтегазосборных коллекторах и технологических установках, ликвидация которых нередко затягивается и выполняется некачественно.

Углеводороды являются неспецифичными почвенными компонентами. [8, 49]. Образуемые в почве в результате природных процессов углеводороды не приводят к негативным воздействиям на почвенные биоценозы, в отличие от углеводородов, антропогенно поступающих в окружающую среду, которая вносит существенный вклад в нарушение природных экосистем [8, 24, 46].

Негативное влияние нефти на почву проявляется в значительном изменении морфологических, физико-химических и микробиологических свойств почв. На самой поверхности почвы высокомолекулярные продукты деградации нефти образуют довольно устойчивые к разложению корочки, затрудняющие дыхание почвы. При многократных разливах тяжелой нефти происходит образование прочных твердых смолисто-асфальтеновых покровов, в результате чего растения засыхают, наблюдается девегетация почв.

Изменение свойств почв проявляется в возрастании рН, повышении общего количества углерода в 2-10 раз, содержания углеводородов в 10-100 раз. В почве нарушаются азотный режим, процессы нитрификации и аммонификации, окислительно-восстановительные процессы и т. д. Существенно меняются морфологические свойства почв: происходит изменение цветовых характеристик почвенного профиля в сторону преобладания серо- и темно-коричневых оттенков, ухудшается структура, снижается водопроницаемость почв.

Влияние нефти на растения обусловлено как ее непосредственным токсическим воздействием, так и трансформацией почв. Поступая в клетки и сосуды растений, нефть вызывает токсические эффекты. Они проявляются в быстром повреждении, разрушении, а затем и отмирании всех живых тканей растений. Нефть оказывает отрицательное влияние на рост, метаболизм и развитие растений, подавляет рост их наземных и подземных частей, задерживает прорастание семян.

Для человека пары сырой нефти малотоксичны. Большее воздействие оказывает соприкосновение жидкой нефти с кожей, вызывая дерматиты и экземы.

Наряду с нефтью одним из основных загрязнителей являются пластовые воды. Масштаб и интенсивность их воздействия на природные системы часто более значительны, чем собственно нефти и нефтепродуктов. Загрязнение пластовыми водами приводит к хлоридно-натриевому засолению, возникает специфическое техногенное осолонцевание со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.

Специфика загрязнения земель нефтепродуктами заключается в том, что они практически не способны к самовосстановлению. Главной причиной выступает осмоление углеводородов под действием внешних природных факторов (солнечное излучение, температура, осадки и т.д.). Зачастую происходит полная деградации экосистемы данного участка. Восстановление подобных территорий проходит лишь посредством проведения рекультивационных работ, включающих срезку нарушенных слоем почвы и грунта, планировки территории, нанесение почвенного слоя, засев многолетними травами [10].

В связи с ростом внимания к экологическому индикатору, связанному с промышленной деятельностью, возрастает интерес и к вопросам рекультивации нарушенных земель, санации территорий нефтезагрязенных почв [7, 42, 51]. К большому сожалению, очистить почву полностью от нефти весьма затруднительно. Как правило это обусловлено трудоемкостью процесса, медленным разложением присутствующих в ней углеводородов, в связи с этим в почве всегда можно обнаружить их остаточное количество [29, 32, 50].