Определение нефтепродуктв в объектах окружающей среды

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]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

 

3.1 Источники загрязнения водных ресурсов

 

При выбросе нефти в окружающую среду происходит ее контакт с атмосферой или почвенными и природными водами и морей. Нефть, вступившая в контакт с окружающей средой, быстро перестает существовать в исходном виде.

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

В серднем 2-5% строй нефти растворяется в воде. Легколетучие фракции испаряются. В газовую фазу переходит от 10-40% нефти ее исходного количества.

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

1. Поверхностные пленки (слики);
2. Эмульсии типа «нефть в воде» или «вода в нефти»;
3. Взвешенные формы в виде плавающих на поверхности и в толще воды мазутно-нефтяных агрегатов;
4. Осажденные на дне твердые и вязкие компоненты;
5. Аккумулированные в водных организмах соединения.

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

Легкие углеводороды начинают спаряться. В водный раствор переходят жирные, карбоновые и нафтеновые кислоты, а также фенолы. [5  с. 74] В течение первых нескольких суток после разлива нефти значительная ее часть переходит в газовую фазу. Улетучевается до 75% легкой фракции, до 40% средней и 5-10% тяжелой.

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

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]

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.

Южные и северные моря России (Баренцево, Азовское, Черное и Каспийское) входят в число наиболее загрязненных районов Мирового океана. Значение нефтяных загрязнений здесь достигает величин в тысячи микрограммов на литр, что на порядок превышает ПДК по нефти — 50 мкг/л. Высокие концентрации ПАУ наблюдаются в тонком поверхностном микрослое моря. Так, в прибрежных водах Англии (район Плимута) в отдельных случаях содержание ПАУ составляло 100—100 000 мкг/л, что в сотни и тысячи раз превышает ПДК.

Среди ПАУ особое внимание уделяют бенз(а)пирену. Он является сильным токсикантом, обладает канцерогенными свойствами и имеет в основном антропогенное происхождение. Содержание этого вещества может достигать до 10 % суммы всех остальных ПАУ. Концентрации бенз(а)пирена в открытых водах океана составляют 0,001—0,01 мкг/л, в прибрежных водах — 0,01— 0,1 мкг/л, а в зонах постоянного загрязнения — до 0,1 — 10 мкг/л.

Наиболее распространенным и наглядным проявлением нефтяного загрязнения в наши дни служат нефтяные агрегаты, которые повсеместно присутствуют в прибрежных зонах, особенно приближенных к районам морских перевозок. На морских пляжах их концентрация колеблется от 0,4 до 100 т/и2. При содержании более 100 г/м2 мазутных остатков пляж становится непригодным для эксплуатации. [1, с. 317-318]

Уровень нефтяного загрязнения донных осадков увеличивается в дельтах рек, бухтах, заливах, портах, районах интенсивного судоходства, добычи и транспортировки нефти.

В бассейнах российских морей — Баренцева, Азовского, Черного и Каспийского — содержание нефтепродуктов в донных отложениях достигло 5 000 мг/кг, а в районах расположения нефтебаз — 60 000 мг/кг.

Основную массу донных отложений составляют ароматические углеводороды с высокой молекулярной массой. В осадках также обнаружено высокое содержание бенз(а)пирена.

Токсичные свойства отдельных фракций нефти нарастают по мере усложнения их структуры и увеличения молекулярной массы. [1, с. 318]

Морские организмы обладают способностью накапливать и перерабатывать нефтепродукты, находящиеся в воде и донных осадках.

 

Таблица  3.1 - Чувствительность водных организмов в виде концентрации ароматических соединений, вызывающих отравления

 

Наименование организмов	Концентрация Сх104, %
1	2
Растениия	10-1000
Рыба	5-50
Личинки	0,1-1,0
Обитатели морского дна	1-10
Брюхоногие	10-100
Двустворчатые молюски	5-50
Другие морские беспозвоночные	1-10

 

Существует корреляция между количеством углеводородов, накапливаемых морскими организмами, и их содержанием в воде и донных отложениях. При этом концентрация ПАУ в гидробионтах как минимум на два-три порядка выше соответствующего значения для водной среды.

Накопление нефти и ее фракций в водных организмах происходит за счет биосорбции на поверхности кожи и в жабрах, а также путем фильтрационного извлечения в процессе питания.

Уровень содержания ПАУ и других компонентов нефти различен у разных представителей гидробионтов. Наибольшей способностью накапливать эти соединения обладают малоподвижные обитатели морского дна, например мидии. Значительные количества ПАУ без их заметного метаболического разложения содержатся в тканях двухстворчатых моллюсков-фильтраторов. Наибольшие количества углеводородов обнаруживают в печени, жабрах и жировых отложениях рыб.

Наиболее чувствительны к действию нефтепродуктов представители фитопланктона и ракообразные. Изменение их поведенческих реакций отмечается при концентрации 0,01 мг/л нефтепродуктов. Повышенную чувствительность к действию нефти большинства видов рыб и беспозвоночных обнаруживают на ранних стадиях развития. Токсические концентрации, вызывающие гибель организма или необратимые нарушения их жизненно важных функций, для икры, личинок и молоди морских животных обычно значительно ниже, чем для взрослых особей, и достигают минимальных уровней порядка 0,01 — 0,1 мг/л.

К числу факторов, усиливающих вредные последствия нефтяного загрязнения, относятся метаболические превращения нефтяных продуктов в живых организмах, в результате которых могут возникать соединения, обладающие более высокой токсичностью, чем исходные вещества. [1, с.319]

Уже небольшое содержание нефти (0,2 – 0,4 мг/л) придает воде специфический запах, не исчезающий после хлорирования и фильтрации. Зоопланктон и бентос гибнут при концентрации нефтепродуктов более 1,2 мг/л, а рыба при этом приобретает неустранимый нефтяной продукт. Например, степень загрязнения р. Пур и водных объектов бассейна этой реки нефтепродуктами и поллютантами такова, что с каждым годом снижается поголовье ценных сиговых рыб, периодически наблюдаются критические концентрации некоторых загрязнителей. В 2000 году на реке Пур наблюдалось 12-кратное превышение ПДК по нефтепродуктам и фенолу, 100 ПДК по марганцу. В бассейне действует более 15 промыслов, но пока разрабатывается лишь четверть месторождений, и прогнозируется дальнейшее ухудшение качества водных ресурсов.  [8, с. 24]