1 ХАРАКТЕРИСТИКА НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ
Нефтяной промышленностью называется прежде всего – отрасль экономики, которая занимается добычей, переработкой, транспортировкой, складированием, а также и продажей полезного природного ископаемого – нефти и сопутствующих нефтепродуктов. К смежным отраслям промышленности относят: геофизику, бурение, производство нефтегазового оборудования.
Нефть – это природная горючая маслянистая жидкость, состоящая из непростой смеси углеводородов, а также имеющая специфический запах. Цвет нефти колеблется от красно-коричневого, почти чёрного цвета до светлого жёлто-зелёного [1].
Встречается и бесцветная нефть. Нефть представляет собой смесь около 1000 различных веществ, из которых большая часть – жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80-90% по массе) и многоатомные органические соединения (4-5%), остальные компоненты – растворённые углеводородные газы (С1/С4, от десятых долей до 4%), вода (от следов до 10%), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1-4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и механические примеси (частицы глины, песка, известняка).
Наличие в нефти большого количества серы снижает ее качество, а значительная примесь парафина создает проблемы при добыче и транспортировке. Частыми спутниками нефти являются попутный газ и вода.
Современная нефтегазовая индустрия нашей страны образовалась не сразу, ее становление проходило поэтапно. Первые нефтяные месторождения на территории России были открыты еще в конце XVII века. А одним из первых предприятий, которым была отведена роль добытчиков нефти, стал завод, расположенный вблизи города Архангельска, запущенный в 1703 году. Но в те времена добыча углеводородов была убыточной в силу узкого применения нефтепродуктов [4].
После того, как закончилась революция в России добыча газа и нефти на некоторое время приостановилась. Отрасль переживала не лучшие времена. Но судьба оказалась благосклонна к ключевому сектору современной промышленности РФ. Поэтому история нефтегазовой промышленности получила новый шанс в конце 22-х годов XIX века. После переломного периода началось бурное развитие нефтегазового рынка не только на территории государства, но и во всем мире.
Долгосрочное развитие нефтегазовой индустрии предполагает решение следующих вопросов:
- обдуманного и расширенного использования имеющейся сырьевой базы;
- развития энергосберегающего комплекса;
- рациональной транспортировки и хранения ископаемых;
- максимального использования всех полезных компонентов при переработке нефти и газа;
- строительства новых баз добычи ресурсов.
В данное время нефтегазовая индустрия России – мощный конгломерат, который, несмотря на свое влияние и обширную структуру, требует развития и вложения капитала. [13].
1.1 Источники поступления нефти в окружающую среду
Ход добычи, транспортировки, переработки и утилизации нефти и нефтепродуктов сопровождаются выделениями вредоносных веществ в окружающую среду. Загрязнение окружающей среды происходит также в результате несанкционированного сброса нефтепродуктов в водоёмы, техногенных аварий, промышленного производства. Стоки с городских территорий, морских портов, различных промышленных площадок также являются загрязнёнными данными веществами. Таким образом, нефть и нефтепродукты, попадая в окружающую среду, наносят ей значительный экологический ущерб.
С увеличением масштаба освоения, а также использования нефтяных ресурсов, проблема загрязнения окружающей среды приобретает всё большую актуальность. Загрязнения нефтью и нефтепродуктами встречаются повсеместно: в почвенном слое, гидросфере, атмосфере. В связи с ухудшением экологической обстановки, мы наблюдаем существенное ухудшение состояния как растительного, так и животного миров имеющей место на загрязненной территории, [8].
Содержащихся в природоохранном законодательстве правовых норм и не соблюдение, приводит к нарушению функционирования экосистемы в целом и её элементов в частности. Следствие такого масштабного воздействия на окружающую среду кроется в её химическом составе.
В химическом составе нефти содержится несколько тысяч жидких углеводородов. Их процентное содержание достигает 80-90 %. Также в состав нефти включены другие органические соединения, такие как смолы, меркаптаны, нафтеновые кислоты, асфальтены и другие вещества. Кроме того, нефть содержит до 10 % воды и до 4 % газов. В небольшом количестве находятся минеральные соли и микроэлементы [5].
Известно, что больше всего, около 57 %, в химическом составе нефти содержится алифатических углеводородов. Меньше содержание ароматических углеводородов, около 29 %. На долю асфальтенов и других соединений приходится 14 %.
При добыче и переработке нефти образуется около 48 % углеводородов и 44 % оксида углерода. Данные вещества оказывают негативное воздействие на окружающую среду, так как являются загрязняющими вещества. Также в нефти содержится около 30 металлов.
Таким образом, загрязнение нефтепродуктами носит комплексный характер. Оно пагубно воздействует на все элементы окружающей среды, вызывая тем самым её отрицательную реакцию.
Легкая фракция нефти, являясь наиболее подвижной ее частью, находясь в почвах, водной или воздушной средах, оказывает наиболее токсическое действие на живые организмы. Таким образом, токсичность нефти будет ниже при уменьшении содержания в ней данной фракции. Но обратной стороной медали является увеличение содержания ароматических соединений и, как следствие, повышение их токсичности [1].
Рассмотрим подробнее влияние нефти и нефтепродуктов на состояние различных компонентов экосистемы.
При загрязнении нефтепродуктами почв, изменяется ряд их признаков и свойств. В первую очередь терпят изменения физические свойства, которые оказывают влияние на морфологические признаки почв. Таким образом, нарушается воздухообмен в почве, затрудняется поступление воды и, соответственно, различных питательных веществ, необходимых для обеспечения жизнедеятельности почвенных животных и растений. Почвы теряют своё плодородие. Нарушение растительного покрова оказывает влияния на другие элементы экосистемы.
Загрязнённые нефтепродуктами почвы имеют более низкие значения водонепроницаемости, влагоёмкости и гигроскопической влажности по сравнению с «чистыми» почвами. Таким образом, они не в состоянии впитывать и накапливать влагу [4].
Кроме того, что подобные загрязнения оказывают непосредственное влияние на состояние почв и их плодородие, они также влияют на различные микроорганизмы, сосредоточенные в почвенном слое. Это влияние неоднозначно.
С одной стороны, нефтяное загрязнение стимулирует рост определенных видов организмов, с другой – ингибирует.
Одним из наиболее опасных видов загрязнений является загрязнение гидросферы, так как вода является источником жизни для растительности, средой обитания для многих животных. Попадание нефти в водные объекты происходит в основном при её добыче, транспортировке, несанкционированном сбросе, различных техногенных авариях, а также при поступлении загрязнённых стоков с территории суши.
Большая часть нефти, попавшая в водную среду, представляет собой потери при транспортировке. На её долю приходится около 35 %. Чуть меньше, около 32 % поступает с водами рек. С отходами прибрежных районов поступает около 10 % нефтепродуктов.
Растекаясь по водной поверхности, нефть загрязняет большие площади водоёмов. Общеизвестно, что единица объёма нефти способна загрязнить объём воды в тысячу раз превосходящий её. Таким образом, 1 л нефти наносит ущерб 1000 м воды. Причиной тому является содержание в ней ПАВ (поверхностно – активных веществ). Они способствуют образованию стабильных нефтеводных эмульсий [4].
Даже по неполным ранее приведенным данным установлено, что в открытые водные объекты ежегодно поступает более 5 млн. т нефти и нефтепродуктов, около 55 млн. т минеральных солей, в том числе 100 тыс. т нитратов, 70-90 тыс. т фенолов.
Образующаяся при растекании нефтепродуктов тонкая нефтяная плёнка препятствует воздухообмену, таким образом, оказывая негативное влияние на растительный и животный мир.
При воздействии нефтепродуктов на водные объекты выделяют 5 различных категорий:
- непосредственное отравление с летальным исходом;
- серьезные нарушения физиологической активности;
- эффект прямого обволакивания живого организма нефтепродуктами;
- болезненные изменения, вызванные внедрением углеводородов в организм;
- изменения в биологических особенностях среды обитания.
При этом каждая из категорий непосредственно оказывает влияние на состояние экосистемы в целом.
Исходя из вышесказанного, можно представить себе, какое огромное количество водных ресурсов оказывается загрязнённым при попадании в них даже малого количества нефтепродуктов.
Растворимость нефти в воде незначительна, поэтому накопление нефтепродуктов происходит в первую очередь на поверхности и на дне водоемов. При толщине нефтяной пленки более 0,1 мм замедляются процессы как проникновения атмосферного кислорода в воду, так и удаления из воды углекислоты [7].
Влияние нефтепродуктов на живые организмы проявляется в нарушениях физиологической активности, болезнях, вызванных внедрением углеводородов в организм, изменениях в биологических особенностях среды обитания и т. д.
Часть содержащихся в нефти фракций являются токсичными. Необходимо отметить, что чем выше концентрация данных фракций при поглощении или растворении их в воде, тем выше их токсичность. Нефть образует токсичные эмульсии, которые вызывают удушье у живых организмов.
На ниже приведённой схеме, показаны последствия загрязнения вод нефтью и нефтепродуктами в первые часы после него и в последующие месяцы и года.
Нефтепродукты, попадающие в водную среду, разрушаются микроорганизмами. К сожалению, данный процесс идёт достаточно медленно. Нефтепродукты могут накапливаться на дне водоёмов, что приводит к вторичному загрязнению окружающей среды.
В современном мире существуют большое разнообразие методов, обеспечивающих эффективную защиту окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами. К наиболее распространенным методам относятся: механический, химический, физический, физико – химический, микробиологический, кроме того разрабатываются и новые методы, и технологии. К ним можно отнести биосорбционый метод, озонирование воды, очистка с помощью магнитов, чистка флотационно – кавитационным методом, очистка с помощью магнитных нано частиц, биологическая очистка и другие [3].
В мире постоянно ведётся активный поиск материала, позволяющего наиболее эффективно бороться с нефтяными загрязнениями и обладающего относительно низкой стоимостью.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что влияние загрязнений нефтью на окружающую среду очень велико и носит комплексный характер. В связи с развитием нефтяной отрасли, можно предположить, что площадь территорий, загрязнённых нефтью и нефтепродуктами будет увеличиваться. Следовательно, экологическая ситуация, существующая на данный момент времени будет ухудшаться, что непосредственно скажется и на состоянии здоровья человека [2].
2. ВЛИЯНИЕ НЕФТЕДОБЫВАЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Загрязнение окружающей среды происходит в результате добычи, транспортировки, переработки и утилизации нефти и нефтепродуктов, а также в результате несанкционированного сброса нефтепродуктов в водоёмы, техногенных аварий, промышленного производства. Стоки с городских территорий, морских портов, различных промышленных площадок также являются загрязнёнными данными веществами.
Загрязнения нефтью и нефтепродуктами встречаются повсеместно: в почвенном слое, гидросфере, атмосфере. В связи с ухудшением экологической обстановки, имеющей место на загрязненной территории, мы наблюдаем существенное ухудшение состояния как растительного, так и животного миров [5]
Причина такого масштабного негативного воздействия нефти на окружающую среду кроется в её химическом составе. В составе нефти содержится несколько тысяч жидких углеводородов. Их процентное содержание достигает 80–90 %. Также в состав нефти входят и другие органические соединения, такие как смолы, меркаптаны, нафтеновые кислоты, асфальтены и другие вещества. Кроме того, нефть содержит до 10 % воды и до 4 % газов. В небольшом количестве находятся минеральные соли и микроэлементы. Известно, что больше всего, около 57 %, в химическом составе нефти содержится алифатических углеводородов. Меньше содержание ароматических углеводородов, около 29 %. На долю асфальтенов и других соединений приходится 14 %.
При добыче и переработке нефти образуется около 48 % углеводородов и 44 % оксида углерода. Данные вещества оказывают негативное воздействие на окружающую среду, так как являются загрязняющими вещества. Также в нефти содержится около 30 металлов.
При загрязнении нефтепродуктами почв, изменяется ряд их признаков и свойств. В первую очередь терпят изменения физические свойства, которые оказывают влияние на морфологические признаки почв, нарушается воздухообмен в почве, затрудняется поступление воды и, соответственно, различных питательных веществ, необходимых для обеспечения жизнедеятельности организмов почвы. Нарушение растительного покрова оказывает влияния на другие элементы экосистемы. Одним из наиболее опасных видов загрязнений является загрязнение гидросферы, так как вода является источником жизни для растительности и средой обитания для многих животных.
Большая часть нефти, попавшая в водную среду, представляет собой потери при транспортировке. На её долю приходится около 35 %. Чуть меньше, около 32 % поступает с водами рек. С отходами прибрежных районов поступает около 10 % нефтепродуктов [7].
Нефть загрязняет большие площади водоёмов, растекаясь по водной поверхности. Общеизвестно, что единица объёма нефти способна загрязнить объём воды в тысячу раз превосходящий её. Таким образом, 1 л нефти наносит ущерб 1000 м3 воды. Причиной тому является содержание в ней ПАВ (поверхностно-активных веществ). Они способствуют образованию стабильных нефтеводных эмульсий. Образующаяся при растекании нефтепродуктов тонкая нефтяная плёнка препятствует воздухообмену, при этом оказывая негативное влияние на растительный и животный мир.
Растворимость нефти в воде незначительна, поэтому накопление нефтепродуктов происходит в первую очередь на поверхности и на дне водоемов. При толщине нефтяной пленки более 0.1 мм замедляются процессы как проникновения атмосферного кислорода в воду, так и удаления из воды углекислоты.
Влияние нефтепродуктов на живые организмы проявляется в нарушениях физиологической активности, болезнях, вызванных внедрением углеводородов в организм, изменениях в биологических особенностях среды обитания и т. д. Часть содержащихся в нефти фракций являются токсичными. Необходимо отметить, что чем выше концентрация данных фракций при поглощении или растворении их в воде, тем выше их токсичность. Нефть образует токсичные эмульсии, которые вызывают удушье у живых организмов [6].
Нефтепродукты, попадающие в водную среду, могут разрушаться микроорганизмами, хотя данный процесс идёт достаточно медленно. Нефтепродукты могут накапливаться на дне водоёмов, это приводит к вторичному загрязнению окружающей среды [9].
В современном мире существуют большое разнообразие методов, обеспечивающих эффективную защиту окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами. К наиболее распространенным методам относятся: механический, химический, физический, физико-химический, микробиологический, кроме того разрабатываются и новые методы, и технологии. К ним можно отнести биосорбционый метод, озонирование воды, очистка с помощью магнитов, чистка флотационно-кавитационным методом, очистка с помощью магнитных наночастиц, биологическая очистка и другие.
Влияние загрязнений нефтью на окружающую среду очень велико и носит комплексный характер. В связи с развитием нефтяной отрасли, можно предположить, что площадь территорий, загрязнённых нефтью и нефтепродуктами будет увеличиваться. Следовательно, экологическая ситуация, существующая на данный момент времени будет ухудшаться, что непосредственно скажется и на состоянии здоровья человека [8].
2.1 Отходы производства
Нефть – это смесь углеводородов, серо- и кислородсодержащих соединений. Можно сказать, что отходы нефтедобычи и нефтепереработки – это разница между добываемой нефтью и полученными из нее продуктами. Нефтесодержащие отходы, или нефтешламы, – это многокомпонентные смеси, в составе которых содержатся нефтепродукты, глина, разные оксиды металлов, песок и вода. Перечисленные компоненты в долях от единицы находятся в соотношении [6]:
• вещества органического происхождения: 0,1-0,25;
• вещества неорганического происхождения: 0,05-0,3;
• вода: 0,5-0,7.
Нефтесодержащие отходы образуются на всех стадиях добычи, транспортировки, переработки, хранения и использования нефти и полученных из нее продуктов:
• при добыче нефть проливается на землю и перемешивается с почвой или грунтом;
• при транспортировке морским транспортом возможны аварии и случайные попадания нефтепродуктов в воду (нефтеотходы попадают в состав водонефтяной эмульсии). При транспортировке по суше или по трубам также возможны случайные попадания нефти и ее продуктов на поверхность почвы (образуется смесь нефтепродуктов и грунта);
• на предприятиях нефтепереработки отработанная вода, содержащая нефтеотходы, собирается для отстаивания в специальные пруды и нефтеловушки. После отстаивания поверхность пруда содержит до 80% нефтешламов, илистое дно – до 1%, средняя часть – до 90%. После очистки резервуаров, где хранилась нефть или нефтепродукты, образуется смесь нефтешламов с механическими примесями, например, с ржавчиной;
при использовании и хранении возможны разливы нефти и нефтепродуктов (образуется смесь нефтепродуктов и грунта) [10].
Кроме этого не самого полного перечня источников появления нефтесодержащих отходов, существует человеческий фактор, например, многие, несмотря на появление безопасных для природы моющих средств, используют для чистки и мойки деталей, механизмов и т.д., бензин и керосин.
Понятно, что отходы после такой мойки попадают в почву. Халатность и разгильдяйство, жажда наживы, нежелание думать о будущем Земли усугубляют экологическую ситуацию.
Нефтесодержащие отходы можно разбить на:
• Жидкие отходы, содержащие много воды и легко от нее отделяющиеся.
• Геле подобные отходы, полученные при химической обработке сточных вод. Отделение отходов от воды затруднено.
• Отходы, содержащие мало горючих продуктов и практически не отделяющиеся от воды.
• Отходы с высокой концентрацией нефтепродуктов, требующие специальных методов утилизации.
2.2 Газовые выбросы
Атмосферные выбросы сопровождают все стадии освоения и эксплуатации нефтегазовых месторождений и образуются в результате:
• сжигания попутного газа и избыточных количеств углеводородов в ходе опробования и эксплуатации скважин;
