Токсикологические особенности загрязнения нефтью и нефтепродуктами

Шаги от извлечения нефти до её обработки и последующего использования или отхода включают в себя выбросы опасных химических элементов в природу. Экологический ущерб также причиняется нелегальным сливами нефтепродуктов в водные объекты, авариями на промышленных объектах и в процессе производственной деятельности. Кроме того, сточные воды, поступающие с территорий городского хозяйства, портов и промышленных зон, также насыщены опасными компонентами.

Нефть и ее составляющие, проникая в экосистему, причиняют ей серьезный ущерб.

С увеличением объемов добычи и использования нефти проблема ее негативного влияния на окружающую среду приобретает все большую актуальность.

Нефтегазовое загрязнение охватывает все слои окружающей среды: почву, водные ресурсы, атмосферу. С продолжением загрязнения окружающей среды на загрязненных территориях мы наблюдаем прогрессирующее ухудшение состояния окружающей флоры и фауны.

Невозможно игнорировать вредное воздействие нефти на окружающую среду. Несоблюдение норм законодательства, направленных на сохранение экологии, приводит к разрушению равновесия в экосистемах и их отдельных элементах.

Широкий спектр воздействия нефти на природу связан с её химическим составом. В её состав входит множество разнообразных жидких углеводородов, которые составляют от 80 до 90% от общего объема. Помимо этого, в нефти содержатся и другие органические вещества, включая смолы, меркаптаны, нафтеновые кислоты, асфальтены и прочие компоненты. В нефти также присутствует до 10% воды и до 4% газов, а также в малых количествах минеральные соли и микроэлементы.

Примерно 57% состава нефти представляют алифатические углеводороды, в то время как на ароматические углеводороды приходится около 29%. Остальные 14% составляют асфальтены и другие элементы.

В ходе эксплуатации и обработки нефти образуется примерно 48% углеводородов и 44% углеродных оксидов, что способствует загрязнению окружающей среды. К тому же, в состав нефти входит около 30 различных металлов, что увеличивает ее потенциальное загрязнительное действие.

Следовательно, влияние загрязнения нефтепродуктами многогранно и оказывает разрушающее воздействие на все элементы экосистемы, вызывая их отрицательную реакцию.

Легкие компоненты нефти, будучи наиболее подвижными, вызывают наибольшую токсическую опасность для живых существ при взаимодействии с почвой, водой или атмосферой. Уменьшение количества этих компонентов в нефти приводит к снижению общей токсичности, однако это может привести к увеличению доли ароматических углеводородов, что, в свою очередь, может усилить их токсические свойства.

Давайте более детально рассмотрим, каким образом нефть и её составляющие влияют на различные компоненты экосистемы.

Когда почву загрязняют нефтепродуктами, происходят изменения в ряде её характеристик. Сначала это касается физических свойств почвы, которые, в свою очередь, оказывают влияние на её морфологические особенности.

В итоге процесс газообмена в почве нарушается, что ведет к ухудшению поглощения воды и, как следствие, к недостаточному усвоению важных питательных веществ, необходимых для нормального функционирования почвенных обитателей и растений. Это приводит к потере плодородия почвы. Уменьшение количества растительности также оказывает влияние на другие элементы экосистемы.

Почвы, загрязненные нефтепродуктами, демонстрируют снижение в водопроницаемости, влагоемкости и способности к увлажнению по сравнению с не загрязненными почвами. Это снижает их способность к поглощению и сохранению влаги.

Ключевыми факторами, влияющими на плодородие почвы и её качество, являются загрязнители окружающей среды, которые также оказывают воздействие на разнообразные микроорганизмы, заселяющие почвенные слои. Это влияние носит двойственный характер: оно может как стимулировать, так и подавлять развитие этих организмов.

Необходимо особое внимание уделить загрязнению водных ресурсов, так как вода – это не только источник жизни для растений, но и среда обитания для животных.

Ключевыми причинами попадания нефти в водные потоки служат процесс её извлечения из земли и транспортировки, а также незаконные сбросы бытового и промышленного отхода, а также загрязненные сточные воды с наземных территорий.

Большинство случаев проникновения нефти в водные системы происходят из-за утечек во время перевозки, что объясняет около 35% от общего количества загрязнений. Второе место по значимости занимает инфильтрация нефтепродуктов из рек, составляя примерно 32%. Около 10% загрязнителей попадает в водные ресурсы из отходов, накопленных в прибрежных зонах.

Нефть, покрывая поверхность воды, оказывает загрязняющее воздействие на значительные площади водоемов. Исследования показывают, что один литр нефти может осквернить воду в объеме, превышающем его в тысячу раз, что означает потенциальное загрязнение тысячи кубических метров воды. Этот эффект обусловлен наличием в нефти ПАВ (поверхностно-активных веществ), способствующих созданию устойчивых нефтеводных смесей.

Из ранее опубликованных, но не полных данных следует, что ежегодно в открытые водные ресурсы попадает свыше 5 миллионов тонн нефти и нефтепродуктов, около 55 миллионов тонн минеральных солей, включая 100 тысяч тонн нитратов и 70–90 тысяч тонн фенолов.

Тонкий слой нефти, который формируется при ее распространении по поверхности воды, мешает нормальному газообмену, что неблагоприятно отражается на растениях и животных. Когда нефтепродукты попадают в водные ресурсы, они вызывают пять различных типов воздействия:

1. Отравление, которое может привести к смерти;
2. Глубокие нарушения физиологических функций;
3. Покрытие организмов жидкими нефтепродуктами, что приводит к их гибели;
4. Болезненные реакции, связанные с поглощением углеводородов организмом;
5. Изменения в ключевых характеристиках окружающей среды.

Все эти категории оказывают прямое воздействие на здоровье экосистемы.

Изучив информацию, представляется, насколько масштабным является загрязнение водных объектов, даже при минимальном вливании нефтепродуктов. Нефть не смешивается с водой, поэтому она образует плёнку как на поверхности, так и на дне водоёмов. Если толщина этой плёнки превышает 0.1 мм, это уменьшает скорость обмена кислорода между атмосферой и водой, а также замедляет удаление углекислоты из воды.

Действие нефтепродуктов на живые организмы проявляется в нарушениях их физиологических процессов, заболеваниях, вызванных поглощением углеводородов, а также в изменениях условий их среды обитания и прочем. Некоторые компоненты нефти обладают ядовитыми свойствами. Следует отметить, что с ростом концентрации этих компонентов их токсичность усиливается при их поглощении или растворении в воде. Нефть способна создавать токсичные эмульсии, что может привести к гибели живых организмов из-за недостатка кислорода.

Биорекультивационные мероприятия для почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами

Непредсказуемость размеров, локализации и времени утечки нефти делает их одним из наиболее серьезных источников загрязнения почвы и водных ресурсов. Неожиданные проливы нефтепродуктов представляют собой значительную опасность, особенно если они происходят в процессе транспортировки, заправки или разгрузки с помощью резервуаров, а также во время перекачки через трубопроводы. Такие происшествия могут наступить как на этапах поиска и добычи нефти, так и в ходе её транспортировки на морских судах, где утечка может оказать негативное воздействие на береговую линию и прилегающую среду.

В случае утечки нефти, отходы, которые стали смазываться нефтью, превращаются в особо опасные отходы и требуют специального подхода к их утилизации: это разделение, хранение, переработка, возврат в цикл или обезвреживание. Работа с такими отходами предполагает использование уникальных технологий, что делает сортировку и отделение этих отходов на месте их возникновения критически важным. Отходы должны быть систематически распределены для хранения в соответствии с их свойствами и с учетом методов их последующего применения.

Процесс устранения масштабного загрязнения нефтью включает в себя три основных этапа:

1. Определение площади загрязнения;
2. Уборка нефти;
3. Восстановление земель.

Важными факторами при выборе технологии сбора являются:

1. Площадь загрязненной территории;
2. Тип и количество опасной жидкости (нефтепродукта);
3. Доступность и тип прибрежной территории (загрязненной поверхности).

Для локализации и ликвидации разливов нефтепродуктов на почву/грунт применяются:

1. Одноэтапная система перевалки загрязненного грунта, (погрузчик, собирающий и перемещающий грунт прямо в грузовик);
2. Многоэтапная система перевалки (грейдера сгребают грунт в отвалы, откуда погрузчиком или экскаватором загружаются в грузовик).

Загрязненные материалы собираются в пластиковые мешки, бочки или другие емкости для последующего вывоза.

Ручной сбор медленнее и более трудоемок, чем механический сбор, особенно при большой площади загрязнения. Однако при нем образуется меньше отходов и отходы (смоляные комки, порода, обломки и т. д.) легко отделяются при очистке.

При механическом сборе для удаления нефти (или нефтепродукта) и загрязненной породы с поверхности и из нижележащих слоев грунта используется строительная и дорожная техника. Механический сбор быстрее ручного, но при этом образуется большее количество отходов.

Процесс реабилитации территорий, пострадавших от нефтяного загрязнения, охватывает комплекс действий, цель которых – это избавление от нефтепродуктов как от источника продолжающегося загрязнения окружающей среды, выведение остатков нефти из почвы до уровня, не затрагивающего растительность, и возвращение земель к их первоначальной продуктивности.

Определение пределов допустимого уровня нефтезагрязнения:

• осуществляется для минимизации как прямых, так и косвенных экологических угроз, которые могут возникнуть в процессе восстановления земель;
• обеспечивает разработку эффективных стратегий по охране окружающей среды;
• улучшает возможности государственных контролирующих органов по применению мер воздействия на нарушителей экологических норм.

Процесс рекультивации происходит в два основных этапа:

• технический этап;
• биологический этап.

Одним из широко используемых методов ликвидации последствий разливов нефти является укрытие загрязненных участков песком. Обычно в качестве заполнителя применяются карьерный и намывной песок, который, хотя и способствует улучшению ситуации, не в состоянии полностью вернуть первоначальную плодородность земли. Использование торфа для устранения нефтезагрязненных территорий считается более результативным, однако его экологическая безопасность оспаривается, если не сопровождать его соединением с загрязненной почвой.

Еще один метод восстановления земель после нефтезагрязнения включает в себя применение взрывных работ:

• размещение миниатюрных зарядов на определенном расстоянии друг от друга;
• проведение взрыва зарядов на загрязненной площади.

Такой подход обеспечивает равномерное перемешивание торфяной массы.

Технический этап предусматривает:

• зачистку от загрязнения;
• планировку, формирование откосов;
• снятие и нанесение плодородного слоя почвы;
• устройство гидротехнических и мелиоративных сооружений;
• проведение других работ, создающих необходимые условия для дальнейшего использования земель по целевому назначению или для проведения мероприятий по восстановлению плодородия почв (биологический этап).

На техническом этапе происходит выветривание нефти в течение 1–2 недель, испарение и частичное разрушение легких фракций, фотоокисление нефтяных компонентов на поверхности почвы, восстановление микробиологических сообществ, развитие нефтеокисляющих микроорганизмов, частичное восстановление сообщества почвенных животных.

Часть компонентов превращается в твердые продукты, что улучшает водно-воздушный режим почвы. Аэрация и увлажнение почвы в значительной мере способствует интенсификации этих процессов, снижению концентрации нефти и более равномерному ее рассеиванию.

Ключевой целью процесса рекультивации является снижение риска распространения загрязнения за пределы зоны утечки нефти, удаление нефти с поверхности и значительное уменьшение содержания вредных веществ в грунте. В конце концов, эти действия направлены на подготовку загрязненных участков к возможности их восстановления естественным или искусственно биологическим путем.

Использование технической рекультивации в ответ на инциденты с утечкой нефти – это неизбежный и ожидаемый этап.

Методика экстракции и последующего удаления загрязненной почвы или грунта является одним из наиболее распространенных способов очистки территории от различных загрязнителей. В процессе этого метода почву извлекают и помещают в специальные контейнеры, где она может быть подвергнута дальнейшей обработке перед транспортировкой, переработкой или утилизацией.

Биологическая рекультивация – этап рекультивации земель, включающий мероприятия по восстановлению их плодородия, осуществляемый после технической рекультивации.

В ходе восстановления земель, пострадавших от нефтезагрязнения, применяются две основные стратегии:

1. Оптимизация процессов разложения нефти в почве (восстановление почвенных ресурсов);
2. Воссоздание первоначального растительного покрова.

Выбор между этими методами определяется состоянием почвы после проведенной технической рекультивации.

При благоприятных экологических условиях (идеальная температура, солевой состав, рН, аэрация и наличие необходимых минеральных элементов) адекватно подобранные растительные виды или сочетания микроорганизмов способны в короткие сроки эффективно переработать десятки тысяч тонн нефтепродуктов, трансформируя их в органические компоненты собственной биомассы, углекислый газ и отходы, не представляющие опасности для окружающей среды.

Для очистки и рекультивации, загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель разработана комплексная биотехнология, включающая последовательное использование биопрепаратов разного целевого назначения.

Комплексная биотехнология позволяет в короткий срок очистить почву от нефтепродуктов, восстановить ее биологическую активность и повысить плодородие за счет восстановления природных биоценотических связей.

Технология имеет ряд существенных преимуществ:

• полный экологический мониторинг очищаемой земли, включающий количественный и качественный анализ содержания углеводородов, что позволяет подобрать специфическую ассоциацию штаммов-деструкторов, оптимальную для данного типа загрязнения. Это дает возможность в максимально короткие сроки значительно снизить уровень загрязнения;
• оригинальная технология наработки биопрепарата обеспечивает сохранение жизнеспособности и высокой нефтеокисляющей активности штаммов-деструкторов в течение длительного времени.