Файл: Оглавление Введение 1 1 Теоретические вопросы и зарубежная практика использования отходов нефтеперерабатывающих производств для строительства дорог 2.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 64
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
, аварии на транспорте и несанкционированные врезки в трубопроводы. Доля износа основных фондов в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях РФ составляет около 80%. Половина всех российских магистральных трубопроводов эксплуатируется более 40 или даже 50 лет (и это при нормативном сроке эксплуатации 33 года!).
Риски аварий на нефте-, газо- и продуктопроводах на территориях шести из девяти федеральных округов страны довольно высоки [11]. Например, прорывы нефтепроводов на месторождениях Западной Сибири случаются до 35 000 раз в год, при этом в 3 000 случаев выбросы нефти превышают тонну (рис. 1). Аварийность на межпромысловых нефтепроводах также очень высока [12].
Рисунок 3. Нефтезагрязненный участок на территории одного из месторождений углеводородов в Западной Сибири
По мнению авторов, основная причина сложившейся ситуации заключается в том, что в России отсутствует закон, который определяет ответственность компаний за загрязнение территорий нефтью и нефтепродуктами. Усилия нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих компаний должны быть направлены на замену устаревшего оборудования и сокращение объемов потерь, а также на поиски более эффективных методов устранения уже возникших по их вине загрязнений и их последствий.
Вполне очевидно, что необходимо не только устранять причины разливов нефти и нефтепродуктов, но и проводить мероприятия по рекультивации уже загрязненных территорий.
Выполнение рекультивационных работ на таких участках в соответствии с существующими нормативными документами [3] состоит из двух этапов – технического и биологического. На биологическом этапе перед посевом трав достаточно широко используется внесение в загрязненную среду различных бактериальных препаратов (рис. 4, табл. 4), которые достаточно хорошо зарекомендовали себя в качестве деструкторов компонентов нефти и нефтепродуктов при ликвидации загрязнений в пределах водоемов. Однако их использование в отношении массивов нефтезагрязненных грунтов в большинстве случаев оказывается малоэффективным. Это показали наблюдения автора настоящей статьи за результатами применения ряда таких препаратов на загрязненных участках месторождений Тимано-Печорской и Западно-Сибирской нефегазоносных провинций.
Рисунок 4. Внесение бактериального препарата на нефтезагрязненном участке
Таблица 4.Биопрепараты, используемые в качестве деструкторов нефти и нефтепродуктов [1]
* Ассоциация липофильных и гидрофильных штаммов бактерий и дрожжей с различными оптимумами рН и высокой осмофильностью (до 120 г/л NaCl), медленнорастущих и быстрорастущих.
** t - температура; Cп - концентрация загрязнений в почве или на ее поверхности; hп -глубина проникновения загрязнений в почву; Cв - концентрация загрязнений в воде; hн - толщина пленки нефти на поверхности воды.
Основная причина низкой эффективности использования бактериальных препаратов кроется в том, что для активной жизнедеятельности микроорганизмов, входящих в их состав, необходимы не слишком низкие положительные температуры, но теплый период года на территориях западносибирских месторождений углеводородов довольно короток, к тому же на небольшой глубине от земной поверхности зачастую присутствуют многолетнемерзлые породы.
Исследования на одном из месторождений Западной Сибири показали на первый взгляд парадоксальную вещь. Несмотря на обманчивую эффективность применения бактериальных препаратов для рекультивации грунтовых массивов, которое в действительности лишь помогает достаточно быстро скрыть факт загрязнения на поверхности (рис. 4), с эколого-геологических позиций может быть даже предпочтительнее оставление таких участков на самовосстановление (рис. 5).
Рисунок 4. Участок на месторождении Западной Сибири, который предполагалось рекультивировать, в год загрязнения нефтью (2006 г.)
Нефтезагрязненный участок через 3 года после рекультивации в соответствии с нормативными документами, то есть агротехнических подготовительных работ, внесения бактериальных препаратов и посева трав. Видимые результаты обманчивы, так как содержание нефти значительно уменьшилось в поверхностном слое грунта, но увеличилось на большей глубине
Рис. 5. Участок на месторождении Западной Сибири, который предполагалось оставить на самовосстановление, в год загрязнения
Рис. 6. Тот же участок (см. рис. 5), оставленный на самовосстановление, через 5 лет после загрязнения. Содержание нефти уменьшилось не только у поверхности, но и на большей глубине
Таблица 5 демонстрирует, что при самовосстановлении скорость уменьшения содержания нефти у поверхности заметно ниже, чем на рекультивированных участках. Но при этом с течением времени концентрация загрязнителя уменьшилась не только сверху, но и на большей глубине. То есть при самовосстановлении характер распределения поллютанта по глубине не претерпевает существенных изменений: концентрация нефти максимальна у поверхности, а затем она закономерно снижается с глубиной.
Таблица5. Содержание нефти в супесчаных грунтах при рекультивации нефтезагрязненных участков месторождений Западной Сибири по данным авторов
Однако при проведении рекультивационных мероприятий в соответствии с существующими регламентами (агротехнических подготовительных работ с последующим применением бактериальных препаратов и посевом травянистых растений) довольно быстро происходит перераспределение загрязнителя по разрезу (см. табл. 2). Как за два, так и за три года на исследованных участках наблюдалось уменьшение содержания нефти в поверхностных пробах примерно в три раза, но при этом оно заметно увеличилось в более глубоких слоях, где загрязнитель теперь надолго сохранится и будет источником вторичного загрязнения. Самое страшное при этом то, что многократно увеличивается вероятность проникновения загрязняющих веществ в подземные водоносные горизонты.
Интересно отметить, что результаты многочисленных исследований и других авторов (например, [7–9]) показали, что на нерекультивированных нефтезагрязненных участках через 4–5 лет и более, как правило, заметно снижается содержание нефтяных углеводородов по всему разрезу (например, рис. 7). И такие участки не являются источниками серьезного вторичного нефтяного загрязнения природной среды на прилегающих территориях. Более подробно эти вопросы рассматриваются в ранее опубликованной статье авторов [5].
Рис. 7. Содержание углеводородов в нефтезагрязненных почвах [7]
Применяемые на нефтезагрязненных территориях агротехнические мероприятия, предшествующие биологическому этапу, часто также вызывают опасения. Они заключаются во фрезеровании (крошении и перемешивании фрезой на глубину 20–25 см) или вспашке почвы с полным оборотом пласта. Это нарушает естественные законы почвообразования и внутрипочвенные взаимосвязи [10], поскольку сверху обитает аэробная биота, которой требуется для жизни кислород, а нижние горизонты, наоборот, заселены анаэробными микроорганизмами, для которых кислород губителен. К тому же применение подобных агротехнических приемов лишь способствует захоронению загрязнителя на глубине.
Таким образом, регламентируемый и обычно применяемый комплекс методов рекультивации нефтезагрязненных участков с эколого-геологических позиций дает лишь быстрый «косметический» (поверхностный) эффект, загоняя загрязнение вглубь, где с ним бороться гораздо сложнее. А ведь главным принципом рекультивации должно быть ненанесение экосистеме большего вреда, чем тот, который уже был причинен при загрязнении.
Приходится констатировать, что территории, загрязненные нефтью и нефтепродуктами – одни из самых сложных и малоизученных объектов рекультивации. Многое, касающееся возможности применения тех или иных схем рекультивации, пока остается весьма спорным. И эти вопросы должны быть пересмотрены.
Поведение нефти в грунтовой толще, ее миграцию и влияние на свойства грунтов, установление пороговых концентраций загрязнителей при рекультивации и т.д. необходимо изучать и изучать.
Так, автором настоящей статьи помимо рассмотренных выше был исследован ряд других вопросов, касающихся эколого-геологической оценки эффективности применяемых методов рекультивации [4]. Например, было показано, что токсичность грунта в отношении засеваемых при рекультивации трав во многом зависит от его дисперсности и соотношения между содержанием в нем глинистых и песчаных частиц [6]. Кроме того, фитотоксичность нефтезагрязненных грунтов можно существенно снизить при использовании в качестве сорбентов минералов класса цеолитов.
Риски аварий на нефте-, газо- и продуктопроводах на территориях шести из девяти федеральных округов страны довольно высоки [11]. Например, прорывы нефтепроводов на месторождениях Западной Сибири случаются до 35 000 раз в год, при этом в 3 000 случаев выбросы нефти превышают тонну (рис. 1). Аварийность на межпромысловых нефтепроводах также очень высока [12].
Рисунок 3. Нефтезагрязненный участок на территории одного из месторождений углеводородов в Западной Сибири
По мнению авторов, основная причина сложившейся ситуации заключается в том, что в России отсутствует закон, который определяет ответственность компаний за загрязнение территорий нефтью и нефтепродуктами. Усилия нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих компаний должны быть направлены на замену устаревшего оборудования и сокращение объемов потерь, а также на поиски более эффективных методов устранения уже возникших по их вине загрязнений и их последствий.
Вполне очевидно, что необходимо не только устранять причины разливов нефти и нефтепродуктов, но и проводить мероприятия по рекультивации уже загрязненных территорий.
Выполнение рекультивационных работ на таких участках в соответствии с существующими нормативными документами [3] состоит из двух этапов – технического и биологического. На биологическом этапе перед посевом трав достаточно широко используется внесение в загрязненную среду различных бактериальных препаратов (рис. 4, табл. 4), которые достаточно хорошо зарекомендовали себя в качестве деструкторов компонентов нефти и нефтепродуктов при ликвидации загрязнений в пределах водоемов. Однако их использование в отношении массивов нефтезагрязненных грунтов в большинстве случаев оказывается малоэффективным. Это показали наблюдения автора настоящей статьи за результатами применения ряда таких препаратов на загрязненных участках месторождений Тимано-Печорской и Западно-Сибирской нефегазоносных провинций.
Рисунок 4. Внесение бактериального препарата на нефтезагрязненном участке
Таблица 4.Биопрепараты, используемые в качестве деструкторов нефти и нефтепродуктов [1]
| Препарат | Разработчик | Действующее начало (микро- организмы) | Условия работы** | Нормы расхода | Длительность очистки в оптимальных условиях | ||
| t; pH; особенности | Cп, (при hп) | Cв, (при hн) | |||||
| Путидойл | ЗапСибнигни, г. Тюмень | Pseudomonas putida | +10 ÷ +35 °C | ≤10% (≤15 см) | ≤20 г/л (≤10 мм) | 3÷15 кг/га почвы; 3÷5 г/м3 грунта; 2÷8 г/м3 загрязненной емкости; 2÷5 кг/га водной поверхности | 1÷2 месяца; 2÷3 недели на спец. площадках; 5÷10 дней в емкости |
| Валентис | ОАО «ГосНИИсинтезбелок», г. Москва | Acinetobacter Valentis | +10 ÷ +50 °C; рН 6÷8 | ≤20 кг/м2 | - | 10÷15 кг/га почвы | 1÷2 месяца |
| Деградойл | ЗАО «Биоцентрас» г. Вильнюс, Литва | Azotobacter vinelandii и др. | +10 ÷ +35 °C; субстратная специфичность | ≤20 г/кг | - | 5÷10 кг/га почвы | 1÷2 месяца |
| Биоприн (олеоворин) | ОАО «ГосНИИсинтезбелок», г. Москва | Acinetobacter oleovorum, дрожжи рода Candida | +3 ÷ +45 °C; рН 3,5÷10,0 | ≤20 г/кг | - | 15 кг/га почвы; 10 кг/га поверхности воды | 1÷2 месяца |
| Деворойл | ИНМИ РАН, г. Москва | Rhodococcus spp. (3 штамма), Alcaligencs sp., Jarrowia lipolytica и др.* | +5 ÷ +40 °C; рН 4,5÷9,5; окисляют н-алканы С9÷С30, ароматические соединения (фенол, крезол, пирокатехин и др.) | ≤20 кг/м2 | - | 5÷10 кг/га почвы; 1 кг/га поверхности водоема | 1÷2 месяца |
* Ассоциация липофильных и гидрофильных штаммов бактерий и дрожжей с различными оптимумами рН и высокой осмофильностью (до 120 г/л NaCl), медленнорастущих и быстрорастущих.
** t - температура; Cп - концентрация загрязнений в почве или на ее поверхности; hп -глубина проникновения загрязнений в почву; Cв - концентрация загрязнений в воде; hн - толщина пленки нефти на поверхности воды.
Основная причина низкой эффективности использования бактериальных препаратов кроется в том, что для активной жизнедеятельности микроорганизмов, входящих в их состав, необходимы не слишком низкие положительные температуры, но теплый период года на территориях западносибирских месторождений углеводородов довольно короток, к тому же на небольшой глубине от земной поверхности зачастую присутствуют многолетнемерзлые породы.
Исследования на одном из месторождений Западной Сибири показали на первый взгляд парадоксальную вещь. Несмотря на обманчивую эффективность применения бактериальных препаратов для рекультивации грунтовых массивов, которое в действительности лишь помогает достаточно быстро скрыть факт загрязнения на поверхности (рис. 4), с эколого-геологических позиций может быть даже предпочтительнее оставление таких участков на самовосстановление (рис. 5).
Рисунок 4. Участок на месторождении Западной Сибири, который предполагалось рекультивировать, в год загрязнения нефтью (2006 г.)
Нефтезагрязненный участок через 3 года после рекультивации в соответствии с нормативными документами, то есть агротехнических подготовительных работ, внесения бактериальных препаратов и посева трав. Видимые результаты обманчивы, так как содержание нефти значительно уменьшилось в поверхностном слое грунта, но увеличилось на большей глубине
Рис. 5. Участок на месторождении Западной Сибири, который предполагалось оставить на самовосстановление, в год загрязнения
Рис. 6. Тот же участок (см. рис. 5), оставленный на самовосстановление, через 5 лет после загрязнения. Содержание нефти уменьшилось не только у поверхности, но и на большей глубине
Таблица 5 демонстрирует, что при самовосстановлении скорость уменьшения содержания нефти у поверхности заметно ниже, чем на рекультивированных участках. Но при этом с течением времени концентрация загрязнителя уменьшилась не только сверху, но и на большей глубине. То есть при самовосстановлении характер распределения поллютанта по глубине не претерпевает существенных изменений: концентрация нефти максимальна у поверхности, а затем она закономерно снижается с глубиной.
Таблица5. Содержание нефти в супесчаных грунтах при рекультивации нефтезагрязненных участков месторождений Западной Сибири по данным авторов
| Схема рекультивации территории | Время взятия пробы (год) | Глубина отбора, м | Среднее содержание нефти, % |
| Самовосстановление | 2003 | 0–0,1 | 23,9 |
| 0,3 | 14,8 | ||
| 0,5 | 4,3 | ||
| 2008 | 0–0,1 | 14,7 | |
| 0,3 | 7,6 | ||
| 0,5 | 2,9 | ||
| Двухгодичное применение бактериальных препаратов с последующим посевом трав | 2012 | 0–0,1 | 27,2 |
| 0,3 | 14,9 | ||
| 0,5 | 4,1 | ||
| 2017 | 0–0,1 | 7,4 | |
| 0,3 | 7,6 | ||
| 0,5 | 10,0 | ||
| Трехгодичное применение бактериальных препаратов с последующим посевом трав | 2020 | 0–0,1 | 29,8 |
| 0,3 | 15,6 | ||
| 0,5 | 2,7 | ||
| 2022 | 0–0,1 | 6,4 | |
| 0,3 | 7,5 | ||
| 0,5 | 9,6 |
Однако при проведении рекультивационных мероприятий в соответствии с существующими регламентами (агротехнических подготовительных работ с последующим применением бактериальных препаратов и посевом травянистых растений) довольно быстро происходит перераспределение загрязнителя по разрезу (см. табл. 2). Как за два, так и за три года на исследованных участках наблюдалось уменьшение содержания нефти в поверхностных пробах примерно в три раза, но при этом оно заметно увеличилось в более глубоких слоях, где загрязнитель теперь надолго сохранится и будет источником вторичного загрязнения. Самое страшное при этом то, что многократно увеличивается вероятность проникновения загрязняющих веществ в подземные водоносные горизонты.
Интересно отметить, что результаты многочисленных исследований и других авторов (например, [7–9]) показали, что на нерекультивированных нефтезагрязненных участках через 4–5 лет и более, как правило, заметно снижается содержание нефтяных углеводородов по всему разрезу (например, рис. 7). И такие участки не являются источниками серьезного вторичного нефтяного загрязнения природной среды на прилегающих территориях. Более подробно эти вопросы рассматриваются в ранее опубликованной статье авторов [5].
Рис. 7. Содержание углеводородов в нефтезагрязненных почвах [7]
Применяемые на нефтезагрязненных территориях агротехнические мероприятия, предшествующие биологическому этапу, часто также вызывают опасения. Они заключаются во фрезеровании (крошении и перемешивании фрезой на глубину 20–25 см) или вспашке почвы с полным оборотом пласта. Это нарушает естественные законы почвообразования и внутрипочвенные взаимосвязи [10], поскольку сверху обитает аэробная биота, которой требуется для жизни кислород, а нижние горизонты, наоборот, заселены анаэробными микроорганизмами, для которых кислород губителен. К тому же применение подобных агротехнических приемов лишь способствует захоронению загрязнителя на глубине.
Таким образом, регламентируемый и обычно применяемый комплекс методов рекультивации нефтезагрязненных участков с эколого-геологических позиций дает лишь быстрый «косметический» (поверхностный) эффект, загоняя загрязнение вглубь, где с ним бороться гораздо сложнее. А ведь главным принципом рекультивации должно быть ненанесение экосистеме большего вреда, чем тот, который уже был причинен при загрязнении.
Приходится констатировать, что территории, загрязненные нефтью и нефтепродуктами – одни из самых сложных и малоизученных объектов рекультивации. Многое, касающееся возможности применения тех или иных схем рекультивации, пока остается весьма спорным. И эти вопросы должны быть пересмотрены.
Поведение нефти в грунтовой толще, ее миграцию и влияние на свойства грунтов, установление пороговых концентраций загрязнителей при рекультивации и т.д. необходимо изучать и изучать.
Так, автором настоящей статьи помимо рассмотренных выше был исследован ряд других вопросов, касающихся эколого-геологической оценки эффективности применяемых методов рекультивации [4]. Например, было показано, что токсичность грунта в отношении засеваемых при рекультивации трав во многом зависит от его дисперсности и соотношения между содержанием в нем глинистых и песчаных частиц [6]. Кроме того, фитотоксичность нефтезагрязненных грунтов можно существенно снизить при использовании в качестве сорбентов минералов класса цеолитов.