Загрязнение окружающей среды нефтепродуктами и их опасность для здоровья человека

     Загрязнение атмосферы происходит в результате разгерметизации технологических аппаратов, трубопроводов, сальников насосов, емкостного оборудования, компрессоров, головок вакуумных фильтров, мешалок, задвижек, открытого дренирования воды, отбора проб, открытых люков. Интенсивными источниками загрязнения воздуха являются дыхательные клапаны резервуаров, аварийные клапаны, факелы. [4, с. 130]

     Основными загрязнителями атмосферы при перегонке нефти являются дымовые газы из трубчатых печей. Выбросы от одной трубчатой печи составляют (кг/ч): пыль органическая - 5,3; диоксид серы- 900,9; оксид углерода - 32,9; оксиды азота - 50,2; углеводороды - 3,2.

     Кроме того, в атмосферу поступают вентиляционные газы, содержащие аммиак и углеводороды, а также газы разложения, содержащие сероводород. [4, с. 124-125]

     Однако  нефть и нефтепродукты и сами по себе, без их сжигания и переработки, сильно загрязняют биосферу, прежде всего  водоемы, как внутренние, так и  мировой океан. Причем скорость загрязнения  этими веществами непрерывно увеличивается. [6, с. 106]

     Обычно  большие  количества нефтепродуктов попадают в воду в результате аварий на танкерах и буровых платформах, при сливах за борт, промывках резервуаров, а также со стоками с материков. Имеются расчеты, что при перевозке каждой тонны нефти в среднем теряется около 90 г, при добыче тонны нефти на буровых платформах – свыше 70 г, а при погрузке и выгрузке на 1 т теряется около 20 г нефти. Испаряясь с поверхности моря, компоненты нефти загрязняют атмосферу, а затем частично возвращаются в океан с дождями. Значительная их  часть (до 5 %) растворяется в воде, причем наиболее токсичные ароматические углеводороды растворяются лучше других компонентов, и их концентрация в морской воде через 5 суток может достигать более 7 мг/л. Под воздействием ультрафиолетового излучения из нефти образуются водорастворимые жирные кислоты и спирты. Тяжелые фракции нефти (температура кипения которых выше 370 ºС) постепенно уплотняются и оседают на дно. Этому способствует поглощение взвешенных нефтяных частиц многочисленными обитателями морей, в том числе планктонными организмами. [7, с. 11]

     Изыскательные работы создают определенное негативное влияние на морские особи, особенно на ранних стадиях их развития. Во многих странах мира (Великобритании, Норвегии, Канаде) геофизические изыскания рассматриваются как фактор, оказывающий серьезное воздействие на промысловые организмы, поэтому такие изыскания жестко регламентируются и контролируются.

     Основным  фактором экологической опасности  нефтегазового промысла является химическое загрязнение, которое сопровождает все виды деятельности на этапах освоения месторождений. Наибольшее количество жидких и твердых отходов образуется во время буровых работ и промысловых операций в море. Объемы сбросов достигают 5 000 м³ на каждую скважину.

     Бурение скважин в районах, в которых было выявлено наличие нефти или газа, сопровождается использованием жидких композиций, предназначенных для смазки и охлаждения бурового инструмента, выноса на поверхность выбуренной горной породы, регулирования гидростатического давления.

     На  буровых платформах производится сепарация  и первичная обработка нефтегазовых смесей. С них осуществляют сброс  отсепарированной воды.  [1, с. 331]

     Биохимическое поведение нефти  в водной среде

     При выбросе нефти в окружающую среду  происходит ее контакт с атмосферой или почвенными и природными водами рек и морей.

     Нефть, вступившая в контакт с окружающей средой, быстро перестает существовать в исходном виде. С компонентами нефти происходит ряд физических, физико-химических и биологических процессов и превращений.

     Почти все компоненты сырой нефти имеют  плотность менее 1 г/см³.

     Часть компонентов нефти переходит в растворенное состояние. В среднем 2—5% (иногда до 15%) сырой нефти растворяется в воде.

     Легколетучие фракции испаряются. В газовую фазу переходит от 10 до 40% нефти ее исходного количества. В основном идет растворение низкомолекулярных алканов, циклоалканов и бензолов.

     Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) типа антрацена и пирена практически не переходят в газовую фазу и подвергаются сложной трансформации в результате окисления, биодеградации и фотохимических процессов.

     В водной среде происходит фракционирование нефти и нефтепродуктов, в результате которого они могут существовать в нескольких агрегатных состояниях, в том числе:

• поверхностные пленки (слики);
• эмульсии типа «нефть в воде» или «вода в нефти»;
• взвешенные формы в виде плавающих на поверхности и в толще воды мазутно-нефтяных агрегатов;
• осажденные на дне твердые и вязкие компоненты;
• аккумулированные в водных организмах соединения.

     Многолетние наблюдения за состоянием Балтийского  моря показали, что 3,6 % суммарного количества нефти находится в виде пленки, в донных осадках аккумулировано 15 %, в эмульгированном и растворенном состоянии находится соответственно 64 и 17 % нефти.

     При попадании в морскую акваторию 1 т нефти, она уже через 10 мин  распространяется по поверхности в  радиусе 50 м и толщиной слоя до 10 мм. Затем происходит ее быстрое последующее растекание до площади 12 км² с образованием пленки толщиной менее 1 мм. [1, с. 312-313]

     Легкие углеводороды начинают испаряться.

     В водный раствор переходят жирные, карбоновые и нафтеновые кислоты, а  также фенолы, крезолы. [5, с. 74]

     В течение первых нескольких суток  после разлива нефти значительная ее часть переходит в газовую фазу. Улетучивается до 75 % легкой фракции идо40%и5—10% средних и тяжелых фракций соответственно.

     Нефть в виде пленки дрейфует по направлению  ветра со скоростью, составляющей 3 — 4% скорости ветра. По мере утончения пленки и при достижении ею критической толщины около 0,1 мм она начинает разбиваться на отдельные фрагменты, которые распространяются затем на более обширные площади. Часть нефти растворяется — концентрация нефти под пленкой составляет 0,1 — 0,4 мг/л.

     Образование нефтяных эмульсий определяется составом нефти. Наиболее устойчивые эмульсии типа «вода в нефти» содержат от 30 до 80 % воды и могут существовать в морской акватории более 100 сут.

     Эмульсии  типа «нефть в воде» представляют собой диспергированные в воде капельки нефти. Они малоустойчивы, во времени происходит их дальнейшее диспергирование вплоть до образования микроскопических капель. При этом ускоряются процессы разложения.

     Химические  превращения нефти на поверхности  и в толще воды начинают проявляться  не ранее чем через сутки после поступления ее в море. Они носят окислительный характер и часто сопровождаются фотохимическими реакциями. Конечные продукты окисления — гидроперекиси, фенолы, карбоксильные кислоты, кетоны и альдегиды — имеют повышенную растворимость в воде и высокую токсичность.

     Часть нефти (до 10 — 30%) сорбируется на твердых  частицах взвесей, присутствующих в  воде, и осаждается на дно. Эти процессы происходят в большей степени в узкой прибрежной полосе и на мелководье. Одновременно протекает процесс биоседиментации, т.е. извлечения эмульгированной нефти планктонами и осаждение ее на дно с остатками организмов. Аккумулированные на дне тяжелые фракции нефти могут сохраняться в течение многих месяцев и лет.[1, с. 313-314]

     Нефтяные  агрегаты в виде смолисто-мазутных композиций образуются из сырой нефти после испарения и растворения ее легких фракций и химической и микробной трансформации. На образование этих агрегатов уходит 5—10% разлитой нефти и до 20 — 50% отстоенной нефти из балластных и промывочных вод. Основу мазутных композиций составляют асфальтены и тяжелые фракции нефти. Время жизни нефтяных агрегатов исчисляется от месяца до года, после чего они разрушаются.

     Итогом  этих процессов является то, что нефть в водной среде быстро теряет свои первоначальные свойства. Происходит рассеивание и распад ее компонентов вплоть до исчезновения исходных и промежуточных соединений и образования углекислого газа и воды.

     Таким образом, происходит самоочищение водной экосистемы от углеводородов, если токсическая нагрузка на нее не превышает допустимые пределы. [1, с. 315]

     Поступающие в реки, озера, водохранилища и  моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем, хотя водоемы и способны к самоочищению путем биохимического распада органических веществ под действием микроорганизмов. Самоочищающая способность реки зависит от запаса растворенного кислорода, а также от скорости речного потока, химического состава воды, ее температуры, массы взвешенных веществ, донного осадка и др. Под воздействием природных факторов могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, отрицательно влияющие на качество воды. Поэтому сточные воды, а также их смеси перед спуском в водоем должны быть очищены до такой степени, чтобы они не оказали на него вредного влияния.

     Для нормального протекания процесса самоочищения прежде всего необходимо наличие в водоеме после спуска в него сточных вод запаса растворенного кислорода. Химическое или бактериальное окисление органических веществ, содержащихся в сточных водах, приводит к снижению концентрации растворенного в воде кислорода (в 1 л воды содержится всего 8—9 мл растворенного кислорода, в 1 л воздуха — 210 мл кислорода). Влияние дезоксигенизирующих (снижающих содержание кислорода) агентов выражается в замене нормальной флоры и фауны водоема примитивной, приспособленной к существованию в анаэробных условиях. Органические вещества, взаимодействуя с растворенным кислородом, окисляются до углекислого газа и воды, потребляя различное количество кислорода. Поэтому введен обобщенный показатель, позволяющий оценить суммарное количество загрязнений в воде по поглощению кислорода.

     Таким показателем является биохимическое  потребление кислорода (БПК), равное количеству кислорода, поглощаемого при окислении конкретного вещества в определенный отрезок времени. [5, с. 76-79]

     При эксплуатации газовых и нефтяных месторождений в северных акваториях следует ожидать более сложной картины преобразования и трансформации исходного сырья. [1, с. 315]

     Для этих условий характерно:

     •          повышение вязкости сырой нефти при низких температурах;

• адсорбция компонентов нефти на поверхности льда и накопление ее в пористых наслоениях и пустотах ледового покрова;
• замедление бактериального и фотохимического распада углеводородов в условиях пониженных температур. [1, с. 315-316]

     Содержание  и распределение нефти в морских экосистемах

     К настоящему времени накоплены обширные материалы о содержании и распределении нефти и ее компонентов во всех акваториях Мирового океана. Регулярно проводятся международные и региональные программы наблюдений за состоянием нефтяного загрязнения водной среды. [1, с. 317]

     Несравненно много ядовитых отбросов непрерывно поступает в море через ручьи и реки, из бытовой канализации и промышленных стоков. [6, с. 107]

     Результаты  исследований показывают повсеместное присутствие в поверхностных  водах растворенных и эмульгированных  нефтяных углеводородов в концентрациях от нескольких микрограммов до нескольких миллиграммов на 1 л.

     Полициклические ароматические углеводороды не продуцируются в природе и их рассматривают как индикаторы антропогенного поступления нефти в водоемы.

     Уровень концентрации 1 мкг/л предложено считать  верхним пределом естественного содержания в морской воде ароматических углеводородов. Для донных осадков эта величина составляет 5 мкг/л.

     Глобальное  распределение углеводородов нефти  в Мировом океане характеризуется  общим нарастанием их концентрации при переходе от открытой поверхности океана к внутренним морям и прибрежным водам. Повсеместно существует локализация нефти на границе раздела водных масс с атмосферой (тонкий поверхностный слой), дном (донные осадки) и берегом (пляжи). Отмечено повышенное содержание нефтепродуктов в районах интенсивного судоходства и танкерных перевозок.