Загрязнение окружающей среды нефтепродуктами и их опасность для здоровья человека

     Эти процессы постоянно происходят в природе в анаэробных условиях как в почве, так и в илистых отложениях озер и болот, а также в донных морских отложениях, обогащенных органикой. Микробное метанообразование только в слое донных отложений океанов мощностью 2 м составляет 325 млн т метана в год. В морях холодного и умеренного климата метан накапливается в виде залежей газогидратов. В морях теплого климата часть метана дегазирует в водную среду, а далее поступает в атмосферу.

     Часто процессы образования метана сопровождаются образованием сероводорода.

     Помимо  биохимического распада органических веществ отмечают самопроизвольные выходы природного газа из морских и поверхностных нефтегазоносных структур. Такие выходы обнаружены в Мексиканском заливе, в Северном, Черном и Охотском морях. Разложение газогидратов инициируют вертикальные потоки углеводородных газов, распространяющихся от дна до поверхности моря.

     По  оценкам специалистов этот процесс  по своей интенсивности эквивалентен поступлению 2,6 млн т в год углеводородов природного газа и нефти.

     Выходы  природного газа на суше известны давно  и происходят повсеместно, например, в Азербайджане и Индии.

     Среди антропогенных источников поступления  газов в окружающую среду следует выделить утечки газов в атмосферу на разных стадиях добычи, транспортировки и переработки газов. По оценкам специалистов в России теряется в год около 14 млрд м³газа.

     Другим  источником поступления газов в  атмосферу являются продукты сжигания природного газа в факелах на буровых  установках и береговых терминалах. По некоторым данным в этих случаях сгорает до 30 % объема попутных газов или около 10 % суммарной продукции добываемого газа. Известно, например, что только от деятельности нефтяных фирм Англии на шельфе Северного моря ежегодно в атмосферу выбрасывается около 75 тыс. т метана.

     Опасным источником выделения газов в  атмосферу являются аварии на буровых  установках. В этих случаях концентрации отдельных компонентов природного газа в воздухе и водной среде превышают значения ПДК в 10—100 раз. [1, с. 325-326]

     Другим  потенциально опасным источником утечки газов являются возможные повреждения газопроводов, как на суше, так и в море. Причины таких аварий могут быть самые разные — от коррозионных разрушений до стихийных бедствий. Если принять во внимание, что протяженность трубопроводов для перекачки газа и газоконденсата составляет многие тысячи километров, то становится очевидным потенциальная угроза подобных повреждений.

     Существуют  и другие антропогенные источники  поступления метана в окружающую среду. К ним относятся все виды разработки угольных месторождений, свалки городского мусора и отходов.

     Вклад антропогенных источников оценивается  в 40 —70% общего объема эмиссии газов. Это привело к тому, что за последние 100 лет средняя концентрация метана в атмосфере увеличилась с 0,7 • 10^-4 до 1,7 • 10^-4 %, что почти в два раза превышает темпы прироста концентрации диоксида углерода.

     Высокая концентрация метана в атмосфере  усиливает «парниковый эффект» на Земле и повышает вероятность наступления глобальных климатических аномалий. [1, с. 326-327]

     Равновесная концентрация метана в морской воде равна 8 • 10^-5 мл/л. Концентрация растворенного метана увеличивается при переходе от открытых зон морей и океанов к прибрежным водам и заливам.

     Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что в открытых водах морей и океанов существует три типа распределения углеводородных газов по глубине:

• постепенное снижение концентрации метана с глубиной (этот тип наиболее распространен);
• нарастание содержания метана по мере удаления от морской поверхности. Эта зависимость проявляется особенно четко в сероводородсодержащих бассейнах, например в Черном море, где концентрация метана на глубинах 100—150 м увеличена в 10 и более раз по сравнению с его уровнями в поверхностных водах;
• высокие концентрации газа в приповерхностном и придонном слоях и низкие концентрации в средних горизонтах. [1, с. 327]

     Еще одна особенность метана — способность  создавать участки высоких концентраций, в десятки раз превышающих  равновесные значения. Российскими учеными установлен факт накопления (превышение до 40 — 50 раз) метана в водной массе подо льдом и показана решающая роль этого явления для процессов самоочищения водоемов в условиях Крайнего Севера. Согласно исследованиям значительное увеличение концентраций растворенных низкомолекулярных углеводородов отмечается в районах добычи нефти.

     Зона  острой токсичности, при которой  фиксируется летальный исход для представителей гидробиоты, начинается с уровня содержания метана в воде порядка 1 мл/л. В диапазоне концентраций 1 — 0,1 мл/л находится область сублетальных эффектов, которые не ведут к гибели гидробионтов, но сопровождаются поражением отдельных органов и нарушением функций. Еще ниже при концентрациях 0,01 — 0,1 мг/л расположена зона пороговых эффектов, обычно обратимых после снятия воздействия. При концентрациях менее 0,01 мг/л отмечается зона толерантности.

     Природные углеводороды относятся к группе ядовитых газов наркотического действия, поражающих нервную систему. Летальный исход для рыб наступает при концентрациях газа более 1 мг/л. Пороговые реакции проявляются на уровнях 0,02 — 0,1 мг/л. ПДК для метана в воде принята равной 0,01 мл/л. [1, с. 327-329]

     Газовый конденсат представляет собой жидкую смесь высококипящих углеводородов различного строения и растворенных газов метановой фракции. В состав жидкой фракции входят низкомолекулярные парафины и нафтены (32 — 33 %), высокомолекулярные парафины и нафтены (54—56%), ароматические моно- и полициклические соединения (6,5 — 7,5%).

     При контакте с окружающей средой происходит быстрое, в течение нескольких часов, испарение легколетучих фракций  газоконденсата и снижение его токсичности. Оставшиеся соединения частично растворяются в воде и подвергаются процессам физикохимической и биологической деструкции. Эти процессы аналогичны тем, которые были описаны для сырой нефти.

     Токсические свойства газоконденсата сопоставимы  с аналогичными показателями для легких сортов нефти. Его попадание в морскую среду в случаях разлива или аварий имеет более серьезные экологические последствия, чем при утечках газа.

     Газогидраты обладают способностью к образованию тонкодисперсных взвесей. При определенных условиях эти фракции могут разноситься в водных массах на большие расстояния и выступать в виде источников вторичного отравления и загрязнения морей и океанов. Взвешенные газогидраты могут аккумулироваться зоопланктоном и впоследствии приводить к их отравлению. [1, с. 329]

     Газогидраты могут образовываться также при  транспортировке углеводородов и в системах циркуляции рабочих растворов при эксплуатации скважин. Для предотвращения этого явления используют метанол, который добавляют в рабочие жидкости.

     Таким образом, при оценке токсичности  углеводородного сырья нужно учитывать свойства веществ, применяемых при его добыче и транспортировке. [1, с. 329-330] 

     При производстве нефтяных масел основными загрязнителями атмосферы являются дымовые газы, а также вентиляционные газы, содержащие углеводороды.

     При этом атмосфера загрязняется дымовыми газами и вентиляционными выбросами, содержащими углеводороды и фенол.

     На очистные сооружения поступают промышленно-ливневые, сернисто-щелочные сточные воды, отработанная щелочь. [4, с. 128]

     При производстве полиэтилена образуются жидкие отходы, в частности сточные воды из отделения пиролиза - 792 м³/сут; отработанная щелочь и промывная вода отделения газоразделения - 60 м³/сут.

     Кроме того, образуется значительное количество твердых отходов, которые вывозятся в шламонакопитель: отработанные цеолиты, отработанные кольца Рашига, продукты полимеризации, полиэтиленовые куски, пыль добавок наполнителей и стабилизаторов, в которой содержатся триоксид сурьмы, гексабромбензол, диоксид титана, хлорпарафин, оксид цинка, тальк [4, с. 132]

     Отходы  производства

     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;
• сжигания газообразного и жидкого топлива в энергетических установках в газотурбинах, двигателях внутреннего сгорания на платформах, судах и береговых сооружениях;
• дегазации буровых растворов при различных операциях их добычи и обработки.

     Большое распространение получило сжигание попутных газов, растворенных в пластовой нефти и выделяемых из нее по мере снижения давления в количествах до 300 м³ на каждую тонну нефти. Попутные газы составляют около 30 % валовой мировой добычи газообразных углеводородов. [1, с. 332]

     Жидкие и твердые отходы. На предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности образуется большое количество твердых и жидких отходов. Значительную их часть не используют, собирают в накопителях, выводят в отвалы, что приводит к загрязнению окружающей среды. В то же время эти отходы являются крупным резервом материальных ресурсов, утилизация их может существенно улучшить технико-экономические показатели процессов.

     Твердые и жидкие отходы химических, нефтехимических  и нефтеперерабатывающих производств состоят из разнообразных органических и неорганических веществ. Для выбора наиболее оптимального метода обезвреживания и утилизации этих отходов надо знать их состав, количество, свойства и факторы, влияющие на их изменения. Кроме того, необходимо знать степень токсичности этих отходов, чтобы правильно нормировать их содержание в почве и осуществлять санитарный контроль. [5, с. 112]

     К числу жидких и твердых отходов  относятся буровые растворы, шламы  и пластовые воды.

     Буровые растворы обеспечивают смазку и охлаждение бурового инструмента, вынос на поверхность выбуренной породы.

     Имеется три категории буровых растворов  — на нефтяной основе, на водной основе и синтетические.

     Основу буровых растворов на нефтяной основе составляет нефть или другие нефтепродукты (дизельное топливо, минеральные масла и др.).

     Присутствие в буровых растворах нефтяных углеводородов обусловливает их высокую токсичность, поэтому во многих странах введены жесткие ограничения на их использование. В целях смягчения экологических последствий от сброса таких растворов в окружающую среду в последнее время дизельное топливо заменяют минеральными маслами.

     В настоящее время только 1 — 2 % пробуренных  скважин осваивают с применением растворов на нефтяной основе. 

     Буровые шламы. Буровые шламы представляют собой измельченную горную породу, вынесенную на поверхность с циркулирующей промывочной жидкостью.

     Состав  шлама в значительной степени  зависит от типа горных пород, через  которые проходит скважина. При оценке токсичности шламов решающую роль играет присутствие в нем нефтяных углеводородов, токсичных компонентов буровых растворов и тяжелых металлов.

     Присутствие в шламах нефти неизбежно при  использовании буровых растворов  на нефтяной основе. Концентрация нефтяных углеводородов в таких шламах составляет до 100 г/кг. Шламы, полученные при работе с водяными буровыми растворами, содержат следовые количества нефти.

     Главным токсическим агентом в составе  буровых шламов считается нефть и ее фракции, которые накапливаются в процессе бурения при их контакте с сырой нефтью.

     Действие  буровых шламов на морские организмы  носит в основном физический характер. В случае присутствия в шламах нефти в количествах более 1 г/кг эти эффекты сопровождаются сублетальным и летальным исходом.

     Пластовые воды. Пластовые воды представляют собой раствор минеральных солей с примесью сырой нефти, низкомолекулярных углеводородов, органических кислот, тяжелых металлов, взвешенных частиц. Ежедневные объемы сбросов с отдельных платформ могут составить от 2000 до 7000 м³ при содержании нефти 20 — 37 мг/л.