Загрязнение нефтью. Нефтяное загрязнение

Введение.

Среди множества проблем современного времени проблемы экологии встают в один ряд с другими глобальными проблемами человечества, таких как голод и эпидемии. Часто они даже напрямую связаны между собой. Объединяет их еще и то, что человечество нуждается в скорейшем решении этих непростых задач, так как они несут большую угрозу высшему благу людей на Земле - человеческой жизни. Конституции многих стран (в том числе и нашей страны, России) содержат положения о всеобщем праве на экологические чистые условия жизни. Многие нормы права активно охраняют окружающую среду довольно строгими законами. И это хорошо, что у многих людей уже сформировано понятие о серьезности данного вопроса, а также имеется правильное отношение и взгляд на эту проблему. Но все же, к сожалению, мы не можем свести все экологические проблемы только к моменту осозанания и правильного отношения к ним людей; даже тех, в чьих руках имеются механизмы воздействия на окружающую среду. Существует еще и такой не безизвестный фактор как простая случайность .

Да, можно согласится с утверждением, что каждая случайность есть череда или цепь отнюдь не случайных обстоятельств, но тем не менее я хотел бы в своем докладе подчеркнуть термином случайность тот факт, что часто человек просто не способен либо же не имеет сильного желания все предусмотреть и просчитать наперед. В этом плане случайность почти тождественна с халатностью . Этот факт нам известен, так как он часто нам встречается и имеет ярко выраженную человеческую природу, ибо часто именно по вине человека, а не по вине компьютерных программ, машин и природных явлений случаются многие ЧП; в основном мы наблюдаем «человеческие корни» проблем.

Такой вывод остался у меня, когда я наблюдал в новостях очередное печальное событие нанесшее непоправимый вред природе - «разлив нефти в мексиканском заливе». Хотел бы поместить краткую сводку из новостей:

«20 апреля 2010 года на нефтяной платформе Deepwater Horizon в 80 километрах от берегов Луизианы произошел взрыв, в результате которого погибли 11 из 126 находившихся на вышке нефтяников. 22 апреля платформа затонула. В результате происшествия была в трех местах повреждена скважина, из которой начала вытекать нефть. Для ликвидации разлива нефти компания BP попыталась накрыть скважину особым куполом, однако безуспешно. Президент США Барак Обама наложил запрет на бурение новых скважин на американском шельфе до установления причин катастрофы. 26 мая BP начала закачивать в скважину спецраствор, однако 29 мая признала попытку провалившейся. В начале июня скважину не смогли закрыть заглушкой. В середине июля на скважину установили более совершенный купол. В начале августа было объявлено о герметизации скважины. 20 августа стали известны предварительные причины аварии.»

И наблюдая за тем, как предлогались различные способы решения этой катастрофы, а не смотря на это ситуация усугублялась, складывается мнение о том, что часто у людей нет даже продуманного плана действий на экстренный случай. Вспоминается пословится «гром не грянет...»

И коснуться я хотел именно такой проблемы как «загрязнение нефтью и нефтепродуктами окружающей среды».

Печально, что иногда закон предусматривает в большей степени наказание за факт хищения нефти и нефтепродуктов, и в меньшей степени за нанесение вреда окружающей среде, которое для нефтяных загрязнений огромно.

И начать работу хотел бы со сводки дающей представление об уровне вредности такого сырья как нефть.

Нефть как сырье.

Нефть и с чем ее едят.

Нефть – ценнейшее сырье, без использования которого невозможна современная цивилизация. Однако, процессы добычи, транспортировки, хранения и переработки нефти и нефтепродуктов очень часто становятся источниками загрязнения окружающей среды, которые приобретают масштабы экологических катастроф.

Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и их производных. Каждое из этих веществ можно рассматривать как самостоятельное загрязняющее вещество. В состав нефти входит свыше 1000 индивидуальных загрязняющих органических веществ, содержащих 83-87% углерода, 12-14% водорода, 0,5-6,0% серы, 0,02-1,7% азота, 0.005-3,6% кислорода и небольшая часть минеральных соединений. Нефть разных месторождений содержит одни и те же химические компоненты, но может различаться соотношением парафинов, циклопарафинов, ароматических и нафтеноароматических углеводородов.

Для оценки нефти, как загрязняющего вещества природной среды, обычно используют следующие признаки: содержание легких фракций (температура кипения менее 2000С); содержание парафинов; содержание серы. Легкие фракции нефти обладают повышенной токсичностью, но их высокая испаряемость способствует быстрому самоочищению природной среды. Напротив, парафины не оказывают сильного токсического воздействия на почвенную биоту или планктон морей и океанов, но благодаря высокой температуре отвердевания существенно влияют на физические свойства почвы. Содержание серы свидетельствует о степени опасности сероводородного загрязнения почв и поверхностных вод.

В настоящее время нефть – самое распространенное вещество, загрязняющее природные воды. Только в Мировой океан ежегодно поступает 11-16 млн.тонн нефти. Примерно 20% нефти находится в виде пленки на поверхности, 40% в виде эмульсии и 40% оседает на дно.

При растекании пленки нефти по поверхности воды она образует мультимолекулярный слой, который может покрывать значительные площади поверхности. Так, 15 т мазута в течение 6-7 суток растекается и покрывает поверхность площадью 20 квадратных километров. Нефтяная пленка уменьшает проникновение света в водоем, препятствует протеканию процесса фотосинтеза, нарушается проникновение кислорода в водоем, что ведет к гибели живых организмов. При дрейфе нефтяного пятна загрязняются все новые порции воды. Нефтяные загрязнения захватывают и концентрируют другие загрязнения: тяжелые металлы и пестициды. Концентрирование металлов изменяет их токсичность. Если содержание углеводородов в воде даже меньше 10-7 % (!), они могут поглощаться организмами и накапливаться в тканях. Опасность таких накоплений не только в изменении вкуса морских и речных организмов, но, что более значимо, в канцерогенных свойствах полиароматических соединений, содержащихся в нефти.

Глобальная экологическая опасность нефтяных загрязнений в том, что они препятствуют контакту и взаимодействию системы Мировой океан – атмосфера, нарушая тем самым физико-химические и биологические процессы в водной среде, процессы теплообмена океана с атмосферой, так как Мировой океан регулирует обмен веществ и энергии на всей планете. Это ведет к неконтролируемым изменениям климата Земли, нарушению баланса кислорода в атмосфере. Особенно опасны попадания больших объемов нефти в воды высоких широт. При низких температурах разложение нефти идет медленно и нефть, сброшенная в арктические моря, может сохраняться до 50 (!) лет, нарушая нормальную жизнедеятельность водных биоценозов. Окисление нефти протекает с участием кислорода и, таким образом, он удаляется из воды. Отношение потребности в кислороде к объему нефти в морской воде составляет примерно 400000: 1. Это означает, что для полного окисления 1 л нефти требуется кислород, содержащийся в 400 тыс. литров морской воды, а в результате фотохимических превращений углеводородов на поверхности моря накапливаются вещества-канцерогены.

Потребность в топливе.

С этого и стоить начать. Вот где начало «айсберга». Можно даже окунуться в прошлое и вспомнить 19 век и Рудольфа Дизелья давшего старт наверно всей автомобильной промышленности. Но не будем говорить не о нем, не о других изобретателях давших миру множество двигателей на топливной основе, ибо не

в их трудах «корень всех зол». Но однозначно, что из потребности человечества в топливе проистекает много видимых проблем. Для полноты картины давайте посмотрим что представляет из себя нефть с точки зрения топлива. Начнем с исторической сводки.

Нефть известна давно. Археологи установили, что ее добывали и

использовали уже за 5- 6 тыс. лет до н.э. Наиболее древние промыслы

известны на берегах Евфрата, в Керчи, в китайской провинции Сычу-ань.

Считают, что современный термин „нефть" произошел от слова „нафата", что на языке народов Малой Азии означает просачиваться. Упоминание о нефти встречается во многих древних рукописях и книгах. В частности, уже в Библии говорится о смоляных ключах в окрестностях Мертвого моря.

Ни одна проблема, пожалуй, не волнует сегодня человечество

так, как топливо. Топливо – основа энергетики, промышленности, сельского

хозяйства, транспорта. Без топлива немыслима жизнь людей.

Развиваясь, человечество начинает использовать все новые виды ресурсов

(атомную и геотермальную энергию, солнечную, гидроэнергию приливов и

отливов, ветряную и другие нетрадиционные источники). Однако главную роль в обеспечении энергией всех отраслей экономики сегодня играют топливные ресурсы. Это четко отражает "приходная часть" топливно-энергетического баланса.

Топливно-энергетический комплекс тесно связан со всей промышленностью

страны. На его развитие расходуется более 20% денежных средств. На ТЭК

приходиться 30% основных фондов и 30% стоимости промышленной продукции

России. Он использует 10% продукции машиностроительного комплекса, 12% продукции металлургии, потребляет 2/3 труб в стране, дает больше половины экспорта РФ и значительное количество сырья для химической промышленности.

Его доля в перевозках составляют 1/3 всех грузов по железным дорогам,

половину перевозок морского транспорта и всю транспортировку по

трубопроводам.

Топливно-энергетический комплекс имеет большую районо-образовательную функцию. С ним напрямую связано благосостояние всех граждан России, такие проблемы, как безработица и инфляция.

Нефтяное загрязнение водоемов

Выполнила: Курбангалеева К.Р.,

группа №292

Проверила: Яковлева А.В.

Казань, 2012

Введение

Нефтяное загрязнение

Загрязнение океанов и морей

Крупнейшие аварии

Загрязнение рек и озер

Методы борьбы с нефтяным загрязнением

Заключение

Список используемых материалов

Введение

Вода - важнейший минерал на Земле, который нельзя заменить никаким другим веществом. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания. Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой. Вода является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы и транспортирует их из одних мест в другие и т.д. Для человека вода имеет важное производственное значение: она и транспортный путь, и источник энергии, и сырье для получения продукции, и охладитель двигателей, и очиститель и т.д.

Проблема загрязнения среды в настоящее время приобрела глобальное значение. В водоемы планеты ежегодно сбрасывается около 7003 км загрязненных вод. Погибают наиболее чувствительные организмы, разрушаются сбалансированные сообщества, ограничивается хозяйственное и рекреационное использование водоемов. Полное прекращение антропогенного загрязнения среды нереально, поэтому следует применять разумные меры ограничения поступления в водоемы токсикантов и загрязнителей, применять эффективную очистку вод.

Нефтяное загрязнение

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.

Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. Это затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа солнечных лучей, а также вызывает гибель растений и животных. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. Около 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды. Каждая тонна нефти создает нефтяную пленку на площади до 12 кв. км. Восстановление пораженных экосистем занимает 10-15 лет.

Нефтяное загрязнение угрожает прежде всего морским и прибрежным экосистемам. Основные его причины следующие:

1) аварии нефтеналивных судов (танкеров) в результате столкновений, пожаров или крушений;

2) утечка нефти из береговых резервуаров;

3) промывание грузовых емкостей танкеров в море.

Каждый год такие происшествия приводят к попаданию в мировой океан примерно 10 млн. т сырой нефти.

Нефть не смешивается с водой, но ее выбрасывание на берег губит водоросли, моллюсков, ракообразных и других литоральных животных. Морские млекопитающие страдают от нефтяного загрязнения из-за того, что их мех покрывается нефтью. Однако самыми явными жертвами становятся рыбоядные птицы: нефть пропитывает и склеивает перья, делая невозможным полет и ухудшая теплоизоляцию тела, а это грозит гибелью от переохлаждения; параллельно снижается плавучесть, и в воде птица тонет; наконец, попытки чистить перья приводят к заглатыванию углеводородов и отравлению. Фитопланктон от нефтяного загрязнения, по-видимому, особо не страдает, хотя темная пленка на поверхности моря снижает освещенность толщи воды, и интенсивность фотосинтеза временно ослабевает.

В долгосрочной перспективе ущерб для экосистем от разливов нефти минимален. Восстановление идет быстрее, если дать нефти диспергироваться естественным путем. Бактериальное разложение углеводородов, которому способствует разрушение сплошной пленки ветром и волнами, в условиях теплого и умеренного климата завершается через 3-4 года. В условиях холодного климата, например у берегов Аляски, где в 1989 г. произошло крушение танкера «Exxon Valdez», отрицательный эффект сохраняется дольше из-за пониженной бактериальной активности. Применение поверхностно-активных диспергирующих агентов ускоряет процесс, но сами эти вещества часто усугубляют экологический ущерб, поскольку токсичны и с трудом поддаются биоразложению.

Обычно потери нефти и нефтепродуктов при добыче и переработке составляют 1-2%, для России это - около 5 млн. тонн в год. По более пессимистическим оценкам, только при переработке нефти в почву просачивается 1,5% общего объема горючего. В грунтах вокруг многих нефтеперерабатывающих заводов за десятилетия их работы накопилось огромное количество нефти и нефтепродуктов - иногда это сотни тысяч тонн. Неудивительно, что под большинством фабрик, складов, заводов, транспортных парков и аэропортов существуют целые бензиновые озера. Например, грунты под Грозным в Чечне превратились в одно из крупнейших нефтяных «месторождений», созданных человеком: специалисты утверждают, что его запасы достигают миллиона тонн. Подмосковная земля, по некоторым подсчетам, ежегодно впитывает 37 тыс. тонн нефтепродуктов.

Ежегодные мировые затраты на очистку и восстановление почвы от загрязнений углеводородами составляют десятки миллиардов долларов.

Источники загрязнения нефтью

Разумеется, основные источники загрязнения окружающей среды нефтепродуктами - предприятия и оборудование нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности. В районах нефтедобычи все компоненты биосферы испытывают интенсивное воздействие, приводящее к нарушению равновесия в экосистемах.

В первую очередь загрязнение нефтью и нефтепродуктами окружающей среды вызвало серьезное беспокойство благодаря авариям на буровых скважинах, расположенных в море, и крушениях танкеров. При растекании пленки нефти по поверхности воды она образует слой углеводородов, различной толщины, покрывающий большие поверхности. Так 15 тонн мазута в течение 6-7 суток растекается, покрывая поверхность около 20 кв. км. Загрязнение почвы нефтью и продуктами ее переработки, как правило, имеет локальный характер, вызывая не менее разрушительные последствия.

Однако загрязнения, вызванные авариями, составляют лишь небольшую долю от общего количества загрязнения. Так, по данным Национальной академии Наук в Вашингтоне катастрофы и аварии при добыче и транспортировке нефти и нефтепродуктов составляет менее 6%, в то же время потери при транспортных перевозках составляют 34,9% от общего количества загрязнения углеводородами, причем в реки попадает 31,1% нефтепродуктов, а в атмосферу всего 0,8%.

Отработанные газы автомобиля содержат более 200 соединений, 170 из которых представляют опасность для биоты, в первую очередь тяжёлые металлы, накапливающиеся в почве вдоль автодорожного полотна, и, прежде всего, свинец. Особенно прочно фиксируют тяжелые металлы верхние органогенные горизонты почвенного покрова. Поэтому объектом мониторинга служат лесные подстилки и верхний пятисантиметровый слой почвы на расстоянии 5-10 м и 20-25 м от края проезжей части.

Автомобили не единственные передвижные загрязнители окружающей среды нефтепродуктами. Как правило, неэлектрифицированные железные дороги имеют высокую замазученность в районе железнодорожного полотна, причем, постоянное поступление нефтепродуктов железнодорожного полотна, делает практически нецелесообразным биологическую очистку территории.

Способы устранения нефтяных загрязнений

С возрастанием масштабов добычи, транспорта, хранения и переработки нефти проблема борьбы с аварийными утечками и выбросами нефти и нефтепродуктов становится острой мировой проблемой, в которой решающими и первостепенными являются вопросы экологии и экономики. Методы и средства защиты от аварийного растекания разработаны еще недостаточно. В соответствии с новыми национальными и международными законами «об охране окружающей среды предпринимаются значительные усилия к практическому разрешению этой проблемы.

До сих пор очистка грунта и нефтешламов ведется недостаточно эффективно и по большому счету остается практически нерешенной проблемой, и это несмотря на то, что разработку и совершенствование очистного и восстанавливающего оборудования ведут практически все фирмы­лидеры в области создания химического оборудования.

В свое время первые в мире сепараторные станции для очистки нефтяных шламов были построены на Ярославском и Волгоградском НПЗ. Из-за неудачного опыта работы по применению сепараторов для очистки нефтяных шламов не были продолжены, а спустя 25 лет наша технология вернулась в Россию через западные фирмы. В 1971 году на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе была построена установка для сжигания нефтяного шлама, донных осадков шламонакопителей и флотопены, однако в следствии не экономичности ее использование продолжалось до 1980 года. Примерно в это же время установку для очистки нефтешлама создала шведская фирма «Alfa-Laval». Увы, опыт эксплуатации показал, что на такой установке можно очищать только свежие, вновь образующиеся нефтешламы, она совершенно не предназначена для очистки донных осадков шламонакопителей. В 1990 году на ПО «Перм­нефте­оргсинтез» была смонтирована установка очистки нефтешлама немецкой фирмы «KHD» (ее аналогом можно считать и установку фирмы «Flottweg»). В начале 90-х годов широкую известность получили методы деструкции разлитой нефти биоштаммами. В настоящее время применяются специально созданные биоштаммы: путедойл, деворойл и др. Собственный метод очистки грунта от нефтепродуктов разработала американская фирма «Bogart Еnvironmental Services». Несколько лет она вполне успешно работает в Кувейте, очищая песчаный грунт от аварийных разливов нефти.

И воды обуславливает особенности их нахождения в поверхностных и подземных водах. Нефть и нефтепродукты представляют собой смесь углеводородов с различной растворимостью в воде: для нефтей (в зависимости от химического состава) растворимость составляет 10-50 мг/дм 3 ; для бензинов — 9-505 мг/ дм 3 ; для керосинов — 2-5 мг/ дм 3 ; для дизельного топлива — 8-22 мг/ дм 3 . Растворимость углеводородов увеличивается в ряду:

• ароматические >циклопарафиновые >парафиновые. Растворимая доля нефти в воде от всей ее массы мала (5∙10 -3 %), но при этом необходимо учитывать два обстоятельства:
• в число растворяющихся компонентов нефти попадают наиболее токсичные ее компоненты;
• нефть может образовывать с водой стойкие эмульсии, так что в толщу воды может перейти до 15% всей нефти.

Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую — «нефть в воде» и обратную — «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0.5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества.

При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности в виде тонкой нефтяной пленки, которая перемещается со скоростью примерно в два раза большей, чем скорость течения воды.

При соприкосновении с берегом и прибрежной растительностью нефтяная пленка оседает на них. В процессе распространения по поверхности воды легкие фракции нефти частично испаряются, растворяются, а тяжелые опускаются в толщу воды, оседают на дно, загрязняя донные отложения.

В таблице 6.7 приведена классификация нефтяного загрязнения поверхностных водоемов .

Установить прямую связь между объемом утечки (разлива) и площадью загрязнений поверхности воды , дна водоема, его берегов, а также стойкость загрязнений весьма трудно. Ориентировочную (приближенную) оценку площади загрязнения можно получить, пользуясь данными С.М. Драчева (табл. 6.8).

Таблица 6.7

Таблица 6.8

Последствия нефтяного загрязнения рек и водоемов. Загрязнение воды нефтью затрудняет все виды водопользования.

Влияние нефтяного загрязнения на водоем проявляется в:

• ухудшении физических свойств воды (замутнение, изменение цвета, вкуса, запаха);
• растворении в воде токсических веществ;
• образовании поверхностной пленки нефти и осадка на дне водоема, понижающей содержание в воде кислорода.

Характерный запах и привкус появляются при концентрации нефти и нефтепродуктов в воде 0.5 мг/дм 3 , а нафтеновых кислот 0.01 мг/дм 3 . Значительные изменения химических показателей воды происходят при содержании нефти и нефтепродуктов более 100-500 мг/дм 3 . Пленка нефти на поверхности водоема ухудшает газообмен воды с атмосферой, замедляя скорость аэрации и удаления углекислого газа, образующегося при окислении нефти. При толщине нефтяной пленки 4.1 мм и концентрации нефти в воде 17 мг/дм 3 количество растворенного кислорода за 20-25 сут понижается на 40%.

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами рыбохозяйственных водоемов приводит к ухудшению:

• качества рыбы (появление окраски, пятен, запаха, привкуса);
• гибели взрослых рыб, молоди, личинок и икры;
• отклонениям от нормального развития рыбной молоди, личинок и икры;
• сокращению кормовых запасов (бентоса, планктона), мест обитания, нереста и нагула рыб;
• нарушению миграции рыб, молоди, личинок и икры.

При характеристике и оценке нефтяного загрязнения важное место занимают методы определения углеводородов нефти и нефтепродуктов в водах, которые весьма разнообразны и противоречивы. В настоящее время единой гостированной методики определения содержания нефтепродуктов в природных средах не существует, это связано со сложностью углеводородного состава нефтей и неоднородностью дисперсных систем, образующихся при нефтяных загрязнениях.

Наиболее часто, при определении содержания нефтепродуктов в воде пользуются двумя методами:

• флюориметрическим (прибор «Флюорат — 02»): прибор «Флюорат — 02» измеряет массовые концентрации нефтепродуктов, растворяемых в гексане (согласно МУК 4.1.057-4.1.081-96). Диапазон измеряемых концентраций 0,005-50 мг/дм 3 . Метод неприменим для определения в пробах воды индивидуальных компонентов, входящих в состав нефтепродуктов, парафинов и легкокипящей фракции нефтепродуктов;
• фотометрическим (приборы АН-1 и ИКФ-2А): двухлучевой анализатор (прибор АН-1) измеряет содержание нефтепродуктов в пробах воды и донных отложений в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.5-95 путем экстрагирования их четыреххлористым углеродом;

Концентратомер нефтепродуктов (прибор ИКФ-2а) измеряет содержание нефтепродуктов в пробах воды и донных отложений в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.5-95 путем экстрагирования их четыреххлористым углеродом. Минимальная определяемая концентрация нефтепродуктов — от 0.03 мг/дм 3 .

Нефть и нефтепродукты хорошо растворяются в малополярных органических растворителях. Практически все нефтяные компоненты полностью растворимы в четыреххлористом углероде. Неполярные органические растворители (гексан), растворяют всю углеводородную часть нефти, но не растворяют входящие в ее состав асфальтены и высокомолекулярные смолы. Поэтому двухлучевой анализатор и концентратомер нефтепродуктов позволяют определять общее содержание, как легких, так и тяжелых углеводородов.

Проблема охраны окружающей природной среды приобретает особую остроту в связи с загрязнением водоемов и почв нефтью и нефтепродуктами. Наиболее ощутимо эти воздействия проявляются при добыче нефти, ее переработке, транспортировке, из-за технологических и аварийных выбросов продукции в среду.

Известно, что 1 л нефти загрязняет до 1000 м 3 воды, что обусловлено присутствием в ней природных поверхностно-активных веществ, которые образуют стабильные нефте-водные эмульсии (Гандурина Л.В., 1987).

Необходимо отметить, что на всех этапах добычи и транспортировки ежегодно теряется более 45 млн. тонн нефти (на суше – 22 млн. т, на море – 7 млн. т, в атмосферу в виде продуктов неполного сгорания топлива поступает 16 млн.т). Общее количество поступающих нефтяных углеводородов в морскую среду составляет 2-8 млн. тонн в год, из них 2,1 млн. т составляют потери при перевозках судами и танкерами, 1,9 млн. т выносится реками, остальное поступает с городскими и промышленными отходами прибрежных районов, урбанизированных территорий и из прочих источников (Шапоренко С.И., 1997).

К середине 2004 года мировой танкерный флот разросся до 3,5 тысяч судов дедвейтом от 10 тыс. тонн и выше. Его общая грузоподъемность составляет около 310 млн. тонн. Причем более 70% судов суммарным дедвейтом 270 млн. тонн предназначены для перевозок нефти и нефтепродуктов. Танкерный флот по тем или иным причинам терпит бедствия, вызывая загрязнения окружающей среды.

Так, катастрофа танкера «Престиж» в ноябре 2002 года привела к загрязнению 3000 км побережья Испании, Франции, Великобритании. В результате погибло 300 тысяч птиц, огромные потери понесло рыболовство и марикультура, в море поступило 64 тысячи тонн мазута (из Доклада Всемирного Фонда дикой природы). При аварии танкера «Экссон Валдиз» на Аляске в 1989 году было разлито более 70 тысяч тонн нефти, загрязнившей 1200 километров побережья. Во время ноябрьских штормов 2007 года в районе Керченского пролива потерпели крушение несколько судов, в результате в море – на небольшом участке вылилось около 100 тонн нефтепродуктов.

В 2010 году в Мексиканском заливе произошла катастрофа планетарного масштаба. После 36-часового пожара нефтяная платформа затонула, после чего в океан стало поступать до 1000 тонн нефти в сутки. В Мексиканском заливе образовалось огромное нефтяное пятно размером 78 на 128 км, которое, в конечном счете, достигло побережья Луизианы, Флориды и Алабамы (рис 1-4). Сократить утечку удалось только через пять месяцев.

Нефть и нефтепродукты, находящиеся в водных экосистемах, пагубно действуют на все звенья экологической цепи, от микроскопических водорослей до млекопитающих.

Продолжающиеся загрязнения морей и пресных водоемов нефтью и нефтепродуктами ставят перед исследователями задачу поиска путей восстановления естественных показателей воды.

В настоящее время существует большое количество методов и способов очистки загрязненных вод, которые можно разделить на следующие.

Механическая очистка основана на процеживании, фильтровании, отстаивании и инерционном разделении различных примесей и отходов. Такой способ очистки стоков позволяет отделять нерастворимые примеси и взвешенные частицы, находящиеся в воде. Механические методы очистки являются самыми дешёвыми, однако их применение не всегда эффективно.

В процессе химической очистки стоков может накапливаться большое количество осадка, который необходимо отфильтровывать и утилизировать иными способами очистки. Один из самых эффективных (но дорогих) способов очистки воды – это использование процессов коагуляции, сорбции, экстракции, электролиза, ультрафильтрации, ионообменной очистки и обратного осмоса. Эти физико-химические способы очистки сточных вод отличаются удовлетворительными показателями очистки воды от углеводородов нефти. Тем не менее, при их широком использовании необходимо строить специальные очистные сооружения, иметь дорогие химические реагенты и т.д.

Биологический способ очистки нефтезагрязненной воды эффективен для обезвреживания стоков различного происхождения и основан на применении специальных углеводородокисляющих микроорганизмов. Большой эффективностью обладают биофильтры с тонкой бактериальной плёнкой, биологические пруды в снятии легкоразрушаемой органики с населяющими их микроорганизмами, аэротенки с активным илом из бактерий и иных микроорганизмов (Fergusson S., 2003).

Перечисленные выше методы в основном используются для очистки стоков и водных акваторий суши. В морях используются иные методы.

Для ликвидации разлива нефти в открытом море используют механические, термические, физико-химические и биологические методы.

Одним из главных методов ликвидации разлива нефти является механический ее сбор разлитой нефти и нефтепродуктов в сочетании с боновыми заграждениями. Их предназначением является предотвращение растекания нефти по водной поверхности, увеличение ее концентрации для облегчения процесса уборки, а также отвод (траление) нефти от наиболее экологически уязвимых районов. Нефтесорбирующие боны являются надежной, эффективной и простой в обслуживании, экологически безопасной и экономически приемлемой системой очистки вод от нефтяных загрязнений. Наибольшая эффективность при этом достигается в первые часы после разлива нефти. Для очистки акваторий и ликвидации разливов нефти (сбор нефти и мусора) используются различные конструкции нефтесборщиков.

Термический метод основан на выжигании нефти, применяется при достаточной толщине слоя и сразу же после загрязнения, до образования эмульсий с водой. Этот метод, как правило, применяется в сочетании с другими методами ликвидации разлива.

Физико-химический метод с использованием диспергентов и сорбентов эффективен в тех случаях, когда механический сбор нефти невозможен, например, при малой толщине пленки или когда разлившаяся нефть представляет реальную угрозу экологически уязвимым районам. Диспергенты представляют собой специальные химические вещества, которые применяются для активизации естественного рассеивания (растворения) нефти с целью облегчить ее удаление с поверхности воды раньше, чем разлив достигнет экологически уязвимого района. Сорбенты (мелко измельченные растительные остатки травянистых и древесных растений, торф, лишайники и др.) при взаимодействии с водной поверхностью впитывают нефтепродукты, после чего образуются комья, насыщенного нефтью. Их в дальнейшем убирают механическими способами, а оставшиеся частички подвергаются разрушению разнообразным путем, включая биологическим.

Биологический метод основан на применении микроорганизмов, утилизирующих нефть и нефтепродукты. Он в основном используется после применения механического и физико-химического методов.

Среди известных биологических методов особое место занимают биотехнологии с использованием биопрепаратов и консорциумов микроорганизмов, созданных на основе аборигенной микрофлоры, присутствующей в природных сточных водах. Известно большое разнообразие коммерческих биопрепаратов, действие которых основано на биохимическом разрушении углеводородов, входящих в его состав штаммами микроорганизмов. В состав биопрепаратов чаще всего входит один или несколько разновидностей микроорганизмов.

Применение биологического способа очистки отличается от других методов экологической безопасностью, большой эффективностью, а также экономической рентабельностью. При оптимальном выборе консорциума микроорганизмов в сочетании с применением биостимулирующих веществ (некоторых органических веществ, минеральных удобрений и др.) удается ускорить биологическое окисление нефтяных загрязнений в десятки и сотни раз и снизить остаточное содержание нефтепродуктов практически до нулевых значений (Морозов Н.В., 2001).

При утилизации углеводородов нефти с помощью консорциумов микроорганизмов и биопрепаратов необходимо учитывать климатические условия (в основном показатели рН и температуры), свойства нефти определенных месторождений, а также взаимодействия применяемых микроорганизмов с аборигенной микрофлорой очищаемых объектов.

В настоящее время, существует широкий класс гетеротрофных микроорганизмов, включенных в состав бактериальных препаратов. При этом каждый отдельный комплекс микроорганизмов отличается своей индивидуальностью по отношению к тем или иным углеводородам нефти. Например, монобактериальные препараты характеризуются узкой специфичностью по отношению к отдельным углеводородам, небольшим интервалом рН, солености, температуры, концентрации углеводородов. В этом заключается их недостаток.

В природных условиях в разложении нефти принимает участие целый микробиоценоз с характерной структурой трофических связей и энергетического обмена. Поэтому полибактериальные препараты имеют более широкие адаптационные и экологические возможности для использования микроорганизмов в процессах очистки.

В Казанском (Приволжском) федеральном университете (Россия, г. Казань) путем целенаправленной селекции созданы консорциумы, в состав которых входят ассоциации из трех, девяти и десяти штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов. Они были выделены из сточных вод нефтеперерабатывающего предприятия ОАО «Казаньоргсинтез», многочисленных автохозяйств и городского коллектора, отводящего нефтезагрязненные воды. Консорциум обладает высокой окислительной активностью (по конечному продукту окисления товарной нефти (обессоленной и обезвоженной) и нефтепродуктам 2040 мг СО 2 за 20 суток); способен расти на обедненной питательной среде с высокой скоростью окисления нефти (включая ароматические углеводороды, содержащиеся в парафинах тяжелых нефтей); при 5-35°С и широком диапазоне рН (от 2,5 до 10 единиц). Одним из основных преимуществ разработанного нами консорциума бактерий, является их уникальная способность адаптироваться к конкретным условиям применения, обладает устойчивостью к длительному и непрерывному процессу очистки сточных вод от нефтяных загрязнений, простотой технологии.

Благодаря тому, что в состав консорциума входит большое количество штаммов микроорганизмов они быстро адаптируются к различным условиям среды обитания. Консорциум как бы “настраивается” на работу с определенными углеводородами, содержащимися в сточных водах. При изменении условий среды, в том числе и состава загрязнителей они быстро перестраивают свой метаболизм за счет изменения структуры консорциума. Препарат не оказывает разрушающего действия (в отличие от агрессивных химических средств) на оборудование и является экологически безопасным.

Консорциум углеводородокисляющих микроорганизмов предназначен для глубокой очистки и доочистки углеводородсодержащих стоков:

1) автономно-плавающих судов, автозаправочных станций, станций мойки и ремонта автомашин, механизированных транспортных станций, предприятий местной промышленности и объектов малой канализации;

2) крупнотоннажных заводских стоков различных отраслей промышленности сельского хозяйства и быта с широким спектром остаточных нефтепродуктов и углеводородов;

3) при подготовке высококонцентрированных углеводородсодержащих сточных вод локальных производств, цехов органического синтеза и хозяйств до нормы отвода в биологические очистные сооружения для полного их обезвреживания;

4) при очистке и доочистке промаслянных балластных сточных вод автономно-плавающих судов;

5) при доочистке крупнотоннажных технологических стоков от остатка нефтепримесей после биологической очистки сточных вод.

6) Консорциум может быть использован и для очистки больших морских акваторий.

С полным вариантом статьи можно познакомиться на сайте Московского общества испытателей природы (http://www.moip.msu.ru)

Авторы: Николай Васильевич Морозов , Ольга Вадимовна Жукова (Казанский (Приволжский) федеральный университет [email protected] [email protected]), Анатолий Павлович Садчиков (Международный биотехнологический центр Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова aquaecotox@ yandex. ru)