Защита окружающей среды от нефтяного загрязнения

В лабораторных и промысловых  условиях было установлено, что алканы, нафтены и ароматические вещества активно метаболизируются микроорганизмами, причем более легкие фракции указанных соединений могут полностью расщепляться. Более тяжелые, более конденсированные циклические углеводороды достаточно устойчивы к бактериальному воздействию. Неуглеводородные компоненты, в частности асфальтены, образуются как побочные продукты при разложении углеводородов, и их доля в нефти увеличивается, хотя они тоже могут подвергаться микробиологической трансформации. Результаты анализов позволили сделать следующие выводы.

1. Биодеградация нефти при низкой температуре происходит эффективнее при использовании микробных популяций, выделенных при той же температуре.

2. Микроорганизмы, выращенные из нефти определенного состава, активно метаболизируют другие типы нефти, близкие по химическому составу.

Возможны два пути ликвидации загрязнения почв нефтью: удаление загрязненного слоя почвы и восстановление ее в естественных условиях. Однако естественный процесс восстановления протекает довольно длительно. Это объясняется тем, что при загрязнении почв нефтью в них начинают преобладать анаэробные условия, а разложение составных компонентов нефти происходит путем окисления при обязательном участии молекулярного кислорода. Анаэробные микроорганизмы усваивают одну десятую того количества углеводородов нефти, которое способны утилизировать аэробные виды. В процессах естественного самоочищения почв большую роль играет состояние водного режима в момент загрязнения: во влажной почве нефть более устойчива к микробиологическому разложению.

Анализ имеющихся данных об эколого-биологических свойствах  почв, загрязненных нефтью, показал, что  для успешного решения проблемы ликвидации нефтяного загрязнения необходимы комплексные физико-химические и биологические исследования.

Биохимические принципы ликвидации углеводородных загрязнений заключаются в следующих двух подходах: активизации аборигенной микрофлоры почвы и внесении адаптированных к загрязнению штампов нефтеокисляющих микроорганизмов (биопрепаратов). Разнообразие почвенно-кли- матических условий (сезонные перепады температур, влажность, свойства почв), состав и свойства загрязнителя предопределяют компонентный состав микробного препарата, а также технологию его применения.

В последнее время предложена к использованию широкая гамма  композиций на основе микроорганизмов, являющихся биопрепаратами [166]. Отечественной промышленностью освоен выпуск трех продуктов, разрешенных к использованию Минздравом и Мингеологии. К ним относятся "Путидойл" (ЗапСибНиГНИ), "Биоприн" ("Олеворин") (ВНИИСинтезбелок , предприятие "Новые технологии") и "Деворойл" (Институт микробиологии, предприятие "Биотехинвест"). Наиболее известным зарубежным биопрепаратом является американский препарат "Микробар". В товарном виде он представляет собой порошкообразное вещество, хорошо растворимое в воде.

Сравнительная характеристика эффективности указанных биопрепаратов приведена в табл. 4.46. Из цриведенных данных видно, что препарат "Деворойл" более эффективен по сравнению с другими препаратами, так как он работает в более широком диапазоне величин рН среды, у него наивысшая величина предельной засоленности среды и круг разлагаемых углеводородов.

Высокая углеводородокисляющая способность "Деворойла" неоднократно подтверждена экспериментальными испытаниями на нефтепромыслах Татарстана и Западной Сибири. На рис. 4.73 и 4.74 приведены результаты очистки нефтезагрязненного чернозема указанным препаратом. Загрязненность почвы на исследуемых участках составляла 60 м³ нефти/га. За год наблюдений биодеструкция нефтяного загрязнения составила 94 %, а степень фитотоксичности почвы достигла фонового уровня.

Кроме того, препарат "Деворойл" был испытан на газотранспортных объектах, так как характер углеводородного загрязнения на них отличается от характера нефтяного загрязнения.

Эксперимент был поставлен  на техногенно измененных торфяно-глеевых  почвах двух газотранспортных объектов Тюменской области - Сосьвинского и Пелымского АПУ в летне-осенний полевой сезон 1993 г. Загрязнение почв углеводородами произошло в результате пролива газоконденсата и ГСМ. Фракционный состав газокоНденсата характеризовался следующими данными: начало кипения - 200 - 220 "С, конец - 360 °С (при этом 70% выкипает до 300 °С); групповой состав - предельные углеводороды - от 1 до 11 %, ароматические - 70 - 85 %, смолы - 4 - 9 %, ас- фальтены – отсутствуют.

Болотные почвы и техногенно перемещенные грунты характеризовались низкой самоочищающей способностью от нефтепродуктов: небольшая величина рН (рН = 3,5 + 5,0), низкой обеспеченностью гумуса азотом [166]. Указанный район исследований характеризовался кратностью теплового периода (средняя продолжительность без морозного периода менее 100 дней), а известно, что при прочих равных условиях температурный фактор определяет интенсивность микробиологического разложения нефтяных углеводородов.

Препарат вносился в почву  однократно, что позволило судить о скорости разложения углеводородного загрязнения в течение теплового периода без учета возникающих в дальнейшем процессов вторичного загрязнения почв углеводородами в результате их проникновения с капиллярной влагой и привноса с поверхностным стоком в весеннее половодье.

Таблица 4.46

Сравнительная оценка эффективности  биопрепаратов для очистки вод  и почвогрунтов от нефтяного загрязнения (по данным НИИ гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана) [166]

Рис. 4.73. Динамика изменения содержания нефти С в почве со временем t при исходной загрязненности 60 мг/га: 1 - контроль; 2 - при внесении минеральных удобрений; 3 - при использовании препарата "Деворойл"

Рис. 4.74. Динамика падения токсичности почвы, загрязненной нефтью (60 м³/га): 1 - контроль; 2 — при использовании биопрепарата "Путидойл"

Эксперименты были поставлены на участках размером 25 м² на территории каждой из станций. Место постановки опыта выбиралось исходя из следующих условий: высокая степень загрязнения почв углеводородами; исключение возможности поступления новых порций углеводородов из первоначального источника во время проведения эксперимента;

- отсутствие застойных зон на поверхности для обеспечения аэробного режима почв;

- отсутствие поверхностного стока во избежание смыва внесенной микрофлоры.

Препарат "Деворойл" готовили в виде 1 %-ной суспензии, в которую  добавляли 60 г NH₄NО₃ и 3 г (NH₄)₂HPО₄ в расчете на 1 л суспензии. Перед внесением из базовой суспензии готовили рабочую суспензию, для чего базовую разбавляли водой в 100 раз. Доза внесения препарата составляла 10 л на 1 м² загрязненной почвы. Нанесение суспензии осуществлялось путем дождевания с использованием специальных агрегатов. Спустя 2 - 3 недели после обработки препаратом проводили минеральную подкормку загрязненной почвы раствором диаммофоса и аммиачной селитры в тех же дозах, что и до обработки.

Результаты экспериментов  приведены в табл. 4.47, они свидетельствуют о том, что за два месяца (август — сентябрь) произошло практически 100 %-ное разложение углеводородов на площадке возле ГРС (Пелымское ЛПУ), на 50 % снизилось содержание углеводородов на площадке Сосьвинской КС.

Таблица 4.47

Результаты полевого опыта  по микробиологической очистке почв Пелымского и Сосьвинского ЛПУ от нефтепродуктов (НП)

Полученные данные свидетельствуют  об эффективности метода микробиологической очистки утлеводородзагрязненных почвогрунтов с использованием специальных биопрепаратов.

Итак, анализ состояния проблемы свидетельствует о многообразии методов и средств ликвидации нефтяного загрязнения объектов природной среды. Их выбор должен производиться в каждом конкретном случае строго индивидуально в зависимости от природных и климатических условий.

Одним из серьезных и сложных  вопросов в проблеме ликвидации шламовых амбаров является сбор плавающей нефти и нейтрализации ее вредного воздействия на компоненты природной среды. Практика бурения показывает, что в шламовых амбарах накапливается значительное количество указанного загрязнителя. Нефть поступает в них с буровыми растворами, в которые вводится в процессе бурения для повышения их противоприхватных свойств, а также с буровыми сточными водами, поступающими от точек буровой, где используются нефтепродукты (обмыв штоков буровых насосов, мытье полов в дизельном блоке и т.д.). Согласно выборочным обследованиям шламовых амбаров в ряде производственных объединений количество плавающей нефти в амбарах составляет от 50 - 60 кг до 10 - 12 т. В ряде случаев такая нефть содержит преимущественно легкие фракции углеводородов (Западная Сибирь), а в некоторых местах (ПО Узбекнефгь, Белоруснефть, Краснодарнефгегаз) она представлена, главным образом, тяжелыми смолистыми фракциями. В районах Западной Сибири, Татарии, Башкирии и других районах практикуют откачку такой плавающей нефти в действующий нефтепромысловый коллектор. Откачка нефти с высоким содержанием смолистых и гудроновых фракций не эффективна, и большая ее часть остается в амбарах.

Наиболее эффективными средствами являются физико-химическая сорбция и микробиологическое разложение. Эти методы наиболее перспективны для борьбы с нефтяными загрязнениями окружающей среды при строительстве скважин.

Серьезной проблемой защиты природной среды в нефтедобыче является ликвидация нефтяного загрязнения почвогрунтов. Скорость поступления нефтепродуктов в окружающую среду значительно превышает их разложение. Большую опасность представляет собой перенос нефти с талыми и дождевыми водами, а также способность ее к миграции в почвенном профиле. В зависимости от степени загрязнения нефтепродукты могут проникать на разную глубину, вызывая при этом изменение как верхних, так и нижних горизонтов почвы. Результатом нефтяного загрязнения почвы является битуминизация почвенного профиля, приводящая к изменению водных, воздушных, агрохимических, микробиологических и целого ряда других показателей [70].

Первоначальное, даже слабое, загрязнение почвы нефтепродуктами приводит к снижению общей численности микроорганизмов и образованию углекислого газа [193]. В последующий период, через 5 - 6 мес., отмечается их восстановление и даже активизация за счет использования компонентов нефти в качестве источников питания [168]. Большинство исследователей сходятся на том, что мероприятия по восстановлению загрязненных почв должны базироваться на приемах, обеспечивающих стимуляцию естественных процессов разложения нефти. Данные процессы можно усиливать искусственным путем. Отмечается положительное влияние органоминеральных удобрений на деградацию нефтепродуктов и повышение биологической активности техногенных почв [53].

Широкое применение в технологии утилизации отходов бурения находит метод, разработанный фирмой AGIP, который основан на разделении буровых отходов на составные фазы - жидкую и твердую - с последующим отделением нефтепродуктов путем использования различных сорбентов.

Фирма "Braiant" предлагает использовать нефтяные отходы на полях подобно удобрению, так как вносимые в почву нефтяные отходы должны подвергаться воздействию воздуха, что ускорит процессы их разложения. С этой целью фирма предлагает строго дозировать подачу отходов на определенную площадь и проводить неоднократное перепахивание участка. Данный метод - относительно новый и в США применяется ограниченно, так как равномерное рассеивание и смешивание нефтесодержащих отходов с почвой затруднительны. Несмотря на указанные недостатки данного метода, его широко используют в канадской провинции Альберта, Канада. Ему отдается предпочтение особенно в тех случаях, когда отходы обладают высокой степенью минерализации. Использование этого метода должно учитывать следующие условия: