Нефтепродукты в морской среде
Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА»
ВЫСШАЯ ШКОЛА ТЕХНОЛОГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ
Институт технологии
Кафедра охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов
Реферат
по дисциплине «Современные проблемы в области охраны окружающей среды»
на тему:
Проблема нефтезагрязнения окружающей среды и пути ее решения
| Выполнила | студентка учебной группы № 819.1 Макарова А.А. |
| Проверила | Профессор Волкова Е.Н. |
|
| |
|
| |
Санкт-Петербург
2018
Оглавление
Введение. 2
Источники загрязнения нефтью.. 2
Нефтепродукты в морской среде. 2
Ликвидация нефтяных загрязнений. 2
Загрязнение почвы.. 2
Методы локализации и ликвидации нефтяного загрязнения почв. 2
Заключение. 2
Список использованных источников. 2
Введение
Одними из самых вредных загрязнений окружающей среды химического характера является загрязнение нефтью и нефтепродуктами.
Рост добычи и, как следствие, увеличение масштабов транспортировки, переработки и потребления нефти и её производных приводят к глобальному ухудшению экологический ситуации. Нефть и продукты её переработки пагубно воздействуют на все без исключения звенья биологической цепочки.
|
|
|
Загрязнители водоемов образуют нефтяные пленки, которые способны нарушить энерго-, газо-, влаго- и теплообмен, непрерывно происходящий между мировым океаном и окружающей атмосферой, что не только негативно сказывается на физических, химических и гидробиологических условиях водной среды, но и способно серьезно повлиять на климат и кислородный баланс в атмосфере Земли.
Основными фракциями, выделяемыми из нефти-сырца на предприятиях нефтепереработки, являются:
· бензины;
· промежуточные дистилляты:
· дизельное топливо;
· керосин;
· газотурбинное топливо.
· газойль;
· котельное топливо (мазуты);
· гудрон;
· нефтяные масла.
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.
Нефтяная промышленность является одной из основных отраслей, ответственных за загрязнение окружающей среды. На всем пути от скважины до потребителя нефть и нефтепродукты — потенциальные загрязнители. Выбрасываемые в атмосферу газы, образующиеся в результате сгорания нефтепродуктов в топках и различных двигателях, значительно увеличивают общую концентрацию вредных веществ в воздухе. Кроме того, атмосфера загрязняется в результате испарения нефти и нефтепродуктов и выброса паров в резервуарных парках, при перевозках и т.д.
|
|
|
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.
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.
Особенно большую опасность представляет загрязнение нефтью грунтовых вод и водоемов в результате сброса в пласты, реки, озера и море неочищенных промысловых сточных вод. В связи с этим большой интерес представляет рассмотрение опыта предотвращения загрязнения вод при добыче, сборе и промысловом транспорте и хранении нефти, как у нас, так и за рубежом.
Вещества, выбрасываемые в атмосферу при добыче нефти, относятся к 1—4 классу опасности.
Сернистый ангидрит (S02) оказывает общее токсическое воздействие, нарушает углеводный и белковый обмены. Газ относится к 3 классу опасности, ПДК — 10 мг/м3. Токсичность резко возрастает при одновременном воздействии с сероводородом, окисью углерода, аммиака и окислами азота. Действует «эффект суммации» вредных веществ.
|
|
|
Окись углерода относится к 4 классу опасности, ПДК в воздухе рабочей зоны 20 мг/м, для населенных мест — 3,0 мг/м. Выделяется в атмосферу при сжигании газа на факелах и в дымовых трубах котельных.
Окись азота N0 — бесцветный газ, быстро окисляется до N0, — двуокиси азота. N0 — кровяной яд, оказывает прямое действие на центральную нервную систему. Относится ко 2 классу опасности, ПДК рабочей зоны 5 мг/м3, населенных мест 0,085 мг/м3. Выделяется при работе котельных и сжигания газа на факелах.
Двуокись азота N02 вызывает раздражающее действие на легкие. Относится ко 2 классу опасности, ПДК населенных мест — 0,085 мг/м3.
Углеводороды (легкая фракция нефти) вызывают острые и хронические отравления при концентрации 0,005—0,010 мг/м3. Относится к 4 классу опасности, ПДК населенных пунктов для бензина - 5,0 мг/м3.
В больших количествах углеводороды выбрасываются в атмосферу при эксплуатации резервуаров. Все неорганизованные источники выбросов при сборе, транспорте, подготовке и хранении нефти выделяют в атмосферу углеводороды.
Сажа обладает хорошей летучестью, долго держится в воздухе, образует устойчивое облако в местах выделения (ПДК — 0,15 мг/м3). Содержит в своем составе канцерогенные 3,4-бензипрен и другие полициклические ароматические углеводороды, токсичные соединения металлов.
Основные пути проникновения загрязнителей в объекты окружающей среды следующие:
• поглощение бурового раствора в процессе промывки скважин и фильтрация его водной фазы в проницаемые отложения;
• нарушение обсадных колонн и цементного камня в заколонном пространстве;
• некачественное цементирование и неподъем тампонажного раствора за обсадными колоннами;
• попадание жидких отходов бурения в водоносные горизонты из-за плохого качества крепления кондуктора;
• инфильтрация отходов с поверхности земли из амбаров- накопителей через почву, грунты и через устье скважины.
При строительстве площадных объектов (кустов скважин, площадок ДНС и др.) основным воздействием на окружающую среду является изъятие части территории месторождения из общего пользования и преобразование существующего рельефа в результате проведения вертикальной планировки. Последняя предусматривает сплошную систему организации рельефа, что в случае размещения объектов без учета функции экосистем и невыполнения природоохранных мероприятий может нарушить компонентную структуру ландшафтов: нарушаются микрорельеф и поверхностный сток, возможно ухудшение гидрологического режима и, в первую очередь, происходит деформация почвенно-растительного покрова.
Основным источником атмосферного загрязнения на месторождениях являются скважины, установки подготовки нефти и факелы сжигания нефтяного газа.
Наибольшее количество выбросов загрязняющих веществ приходится на долю факелов, особенно при аварийных ситуациях. Анализ результатов расчетов показал, что в среднем 75% общего количества валовых выбросов составляет оксид углерода. При неполном сгорании нефтяного газа он поступает в верхние слои атмосферы, где окисляется до углекислого газа, участвующего в создании «парникового эффекта» в глобальном масштабе.
Несгоревшие углеводороды образуют газовую фазу (от метана и этана до конденсированных углеводородов) до 16% и сажу — 9%. Концентрированный выброс большого количества вредных загрязняющих веществ от объектов добычи нефти создают на месторождении зоны, где приземные концентрации превышают предельно допустимые. Проведенные расчеты показали, что оксиды азота и углеводорода рассеиваются до предельно допустимых концентраций в пределах 1...2 км от источника загрязнения, а размер зоны рассеивания оксидов углерода в приземном слое атмосферы может достигать 5...8 км.
Нефтепродукты в морской среде
По объему и добыче нефти Россия занимает лидирующее положение в мире. К 2020 г. намечается увеличение добычи нефти и газоконденсата до 450– 520 млн т/год. Очищенные нефтепродукты постоянно расходуются на удовлетворение более 60 % мировых энергетических потребностей. В связи с этим практически невозможно применять продукты в таких количествах без некоторых потерь. Количество потерь, предусмотренных или случайных, постоянно растет, поэтому загрязнение моря как сырой нефтью, так и продуктами ее переработки сегодня – предмет серьезного беспокойства. Нефть и нефтепродукты являются одним из наиболее опасных загрязняющих веществ (до 3000 ингредиентов), многие из которых ядовиты для любых живых организмов. По характеру возникновения загрязнения подразделяются на естественные и антропогенные. Основную массу загрязнений Мирового океана (порядка 95 %) составляют источники антропогенного происхождения.
Общее количество нефти и нефтепродуктов, попадающих ежегодно в океан, по оценкам разных исследователей составляет от 6 до 12 млн т. Поступление нефти в Мировой океан составляет примерно 0,23 % от годовой мировой добычи нефти. Различают несколько групп источников загрязнения Мирового океана (рис. 1).
рис.1 Источники поступления нефти в морскую среду
Основными природными источниками нефтяного загрязнения морской среды являются выходы нефти на дне моря и менее значительными источниками – эрозионные процессы.
Важнейшие антропогенные источники нефтяного загрязнения:
1. морские – морской транспорт, военные корабли, суда различного назначения, трубопроводы, установки и устройства, используемые при разработке ресурсов морского дна и его недр;
2. наземные – реки, озера и другие водные системы, куда загрязняющие вещества попадают с грунтовыми водами, а также в результате сброса сточных вод с различных береговых объектов;
3. атмосферные – различные промышленные предприятия, транспортные средства и другие объекты, откуда могут происходить выбросы в атмосферу углеводородных соединений.
Источники загрязнения распределены приблизительно следующим образом: морской транспорт (промывные воды, докование, утечки, погрузочно-разгрузочные и т.д.) – 35 %;промышленные стоки – 13 %; морская добыча нефти – 1,5 %; речной сток – 32 %; поступления из атмосферы – 10 %; природные источники поступления нефти – около 10 %. По данным других авторов [8, 9] источники загрязнения распределены несколько по-другому. Как видно, количество нефти, поступающей в океан непосредственно вследствие ее морской добычи и из природных источников, составляет относительно небольшое количество (табл. 1, 2).
Множественность источников загрязнения и незаинтересованность виновников сброса нефти в тщательности статистики создает определенные трудности в подобных расчетах. Разброс величин поступлений может возникать также из-за неопределенности в случае природных источников нефти, атмосферных поступлений и с речным стоком.
Растущая добыча нефти, глобализация нефтеперевозок и ввод в эксплуатацию новых добывающих провинций с каждым годом неизбежно приводят к увеличению количества нефтеразливов и огромным финансовыми и природным потерям. С утечками нефти неизбежно сопряжены любые операции по ее добыче и транспортировке, хотя масштабы утечек очень различны и могут быть как сравнительно незначительными и легко аккумулироваться экосистемами, так и катастрофическими, уничтожая биоту целых морских районов.
Морской транспорт и прежде всего танкерный относится к одному из основных источников нефтяных загрязнений морской среды. В мире задействован гигантский танкерный флот общей вместимостью более 120 млн брутто – регистровых тонн – это свыше трети вместимости всех морских транспортных средств. Насчитывается более 3000 танкеров, из них около 230 танкеров грузоподъемностью от 200 до 700 тыс. т каждый. Они представляют огромную опасность для вод Мирового океана. Огромное количество нефти попадает в море в результате сброса с них промывочных, балластных и льяльных (трюмных) вод, а также потерь при погрузке и разгрузке танкеров. При перевозке нефти в морях и океанах, а также в портах теряется около 2 млн т/ год, что составляет 40 % всего сброса нефти [9]. Обычные танкерные операции сопровождаются большой потерей нефти.
Крупнейшие нефтеразливы прошлого века, такие, как крушение танкеров «Эксон Валдиз», «Эрика», «Престиж», необратимо преобразовали экосистемы в региональном масштабе, и ущерб от них оценивается в миллиарды долларов. Самой крупной катастрофой за всю историю был выброс в 1979 г. нефти из скважины, известной под названием Айсток-1, на мелководье Мексиканского залива Из этой скважины в воды залива попало 304 тыс. т сырой нефти. Эта потеря нефти на порядок превысила выброс при аварии танкера «Эксон Вальдерс» и в 36 раз – танкера «Мега Борг». В результате операции «Буря в пустыне» 1991 г. в воды Персидского залива на мелководье поступила масса нефти в несколько сотен тысяч тонн. В течение Второй мировой войны в результате потопления и повреждения танкеров в океаны поступило около 4 млн т нефти.
Нефтяное загрязнение отличается от других антропогенных воздействий тем, что оно дает не постоянную, а «залповую» нагрузку на среду, вызывая ее быструю ответную реакцию. При оценке последствий такого загрязнения не всегда можно однозначно судить о возможности возврата экосистемы к ее устойчивому состоянию. Крупнейшие в истории судоходства разливы нефти и нефтепродуктов приведены в табл. 3. Наиболее вероятны и часто возникают относительно небольшие и быстро ликвидируемые утечки нефти, которые создают устойчивый фон нефтяных загрязнений в районах интенсивной добычи и транспортировки нефти в море.
Основные очаги загрязнения морской среды при аварийных разливах нефти сосредоточены либо в местах ее добычи (на нефтяных промыслах), либо на маршрутах транспортировки добытого углеводородного сырья к местам переработки и потребления.
Основная масса нефтепродуктов попадает в морскую среду при «нормальных» безаварийных ситуациях, вследствие экологического несовершенства современных технологий переработки нефти, а также с бытовыми и промышленными стоками. Особое беспокойство вызывает нефтяное загрязнение закрытых внутренних морей, к которым относится Балтийское море. Подсчитано, что если 200 тыс. т нефти попадет в Балтийское море, то оно будет превращено в биологическую пустыню [6]. Балтийское море превратилось в одно из самых загрязненных морей мира, стало, по определению Международного совета по изучению морей, «самым большим коллектором сточных вод». Ежегодно в Балтийское море поступают миллионы тонн загрязнителей. В их числе около 1,3 млн т органических веществ. Было установлено, что количество нефти в водах Балтийского моря составляет от 0,2 до 15,5 мг/л. Количество же нефтепродуктов в открытом море в 2 раза превышает допустимый уровень. Ежегодно от 30 до 60 тыс. т нефти попадает в Балтийское море с танкеров, кораблей, лодок, траулеров, прогулочных катеров.
Анализ космических снимков земной поверхности показывает, что области глобального нефтяного загрязнения совпадают с трассами морских перевозок и устьями крупнейших рек. К крупномасштабным зонам загрязнения относятся не только шельф, но и некоторые районы открытой части моря. Естественные загрязнения возникают в результате природных процессов, они обусловлены, например, просачиванием нефти на некоторых участках морского дна за счет эрозионных процессов.
Основными природными источниками нефтяного загрязнения морской среды являются выходы нефти на дне моря и менее значительным источником – эрозионные процессы, а также выбросы нефти на буровых скважинах, расположенных в открытом море. Естественные выходы нефти приурочены к крупным нефтеносным районам, расположенным на континентальном шельфе у берегов Южной Калифорнии, в Мексиканском и Персидском заливах, Карибском море. Скорость поступления из естественных выходов обычно невелика, поэтому таким образом в моря и океаны попадает сравнительно небольшое количество нефтяных углеводородов.
Существует еще один чрезвычайно мощный природный источник загрязнения открытых районов океана углеводородами нефтяного происхождения (13 % от суммарного количества) – дальний атмосферный перенос углеводородов. Возникновение этого потока связывают с неполным сгоранием бензина, керосина и других легких фракций нефти. Время пребывания их в атмосфере составляет 0,5–2,3 года, причем около 90 % этих веществ выпадает из атмосферы в Северном полушарии Земли.
Нефтяное загрязнение является тем техногенным фактором, который влияет на формирование и протекание гидрохимических и гидрологических процессов в морях, океанах и внутренних бассейнах. В связи с этим имеет значение концентрация нефтепродуктов в водной среде и возможности ее переработки. Фоновые уровни содержания нефтяных углеводородов в морской среде изменяются в очень широких пределах: 10–5 – 10 мг/л в воде и 10–1 – 104 мг/кг в донных осадках в зависимости от многих природных и техногенных факторов. Максимальные концентрации тяготеют к прибрежным и внутренним морским водам, зонам интенсивного судоходства и иной хозяйственной деятельности, а также к районам выхода (просачивания) углеводородов из месторождений на шельфе. В первый момент после разлива нефти, попавшей в морскую среду, происходит ее распространение по поверхности раздела двух сред: морской воды и атмосферы. Физическое свойство нефти покрывать тонкой пленкой огромные акватории даже при сравнительно небольших разливах приводит к тому, что даже незначительная утечка оборачивается крайне негативными последствиями. При растекании пленки нефти по поверхности воды она образует мультимолекулярный слой, который может покрывать очень большие поверхности. 100–200 л нефти могут покрыть 1 км2 поверхности моря пленкой толщиной примерно 0,1 мкм. Уже через 10 мин после разлива 1 т нефти она распространяется на акватории в радиусе 50 м толщиной слоя 110 мм, с последующим образованием более тонкой пленки (менее 1 мм) и покрытием акватории площадью до 12 км2. 1 тонна нефти способна образовывать сплошную пленку площадью 2,6 км2 , а одна капля – соответственно около 0,25 м2. При разливе большого количества нефти на поверхности моря образуется более толстая пленка. Если количество нефти невелико, на воде появляется радужная оболочка.
Покрывая тончайшей пленкой огромные участки водной поверхности, нефть нарушает кислородный, углекислотный и другие виды газового обмена в поверхностных слоях воды и пагубно воздействует на флору и фауну Она уменьшает проникновение света, препятствует фотосинтезу, уменьшает теплопроводность и теплоемкость. Поэтому наличие нефтяной пленки сказывается на процессе испарения. Так, на спокойной воде из-за тонкого слоя нефти испарение уменьшается в 1,5 раза, а при скорости ветра до 6–8 м/с – на 60 %. Экспериментально установлено, что за 1 ч с поверхности океана в одну квадратную милю при наличии нефтяной пленки испаряется 45 т воды, в то время как при отсутствии пленки – 97 т. Токсичность в водной среде проявляется при концентрации более 1 мг/м3. Опасность отравления нефтью возрастает с увеличением ее концентрации. При попадании нефти или нефтепродуктов на поверхность водоема с ними начинают происходить сложные процессы. Часть нефти или нефтепродуктов начинает испаряться. Еще некоторая часть, которая осталась на поверхности воды, начинает перемещаться на этой поверхности под действием многих разных причин, и еще некоторая их часть переходит в толщу воды, образуя дисперсную систему из воды и нефтепродуктов.
Протекание указанных процессов приводит к изменению структуры и свойств слоя разлитых нефтепродуктов. В процессе испарения из пятна разлива улетучиваются легкие составляющие нефти или нефтепродуктов и остаются более тяжелые. За первые сутки испаряются почти все углеводороды, которые в данных условиях аварийного разлива могут испариться. Испарение части нефти или нефтепродуктов приводит к изменению свойств нефти или нефтепродуктов в пятне разлива и оказывает влияние на последующее поведение пятна. Нефть или нефтепродукты, находясь в условиях контакта с водой, начинают образовывать дисперсные системы разного типа. Ближе к слою образуется система типа «вода в нефти», в которой концентрация нефти больше, чем воды. Обычно это дисперсная система представляет собой очень устойчивую эмульсию, почти жестко структурированную систему. Устойчивость дисперсной системы будет определяться в том числе и свойствами тех углеводородов, которые ее образуют. Ближе к воде возникает система типа «нефть в воде», в которой концентрация воды больше, чем нефти или нефтепродуктов. Незначительная часть углеводородов, содержащихся в разлитой нефти, перейдет в растворенное состояние. Та часть разлитых нефти или нефтепродуктов, которая перешла в толщу воды, может попадать в живые организмы, а также подвергаться биохимическому окислению. Эмульгированная нефть накапливается в морских организмах, а также используется в качестве пищевого субстрата для нефтеокисляющих бактерий, которые способны разлагать диспергированные в толще воды углеводороды. Все эти процессы в последующем будут определять выбор технологий и средств для переработки смеси воды и нефтепродуктов, которые будут извлечены из воды при ликвидации аварийного разлива, а также при ликвидации последствий такого разлива.
Для планирования мероприятий по ликвидации нефтеразлива важно знать основные параметры нефтяного пятна (диаметр, толщину) и время или скорость его формирования, а также физико-химические свойства нефти.
В современных международных соглашениях подразумевается, что разлитая в результате аварии нефть должна быть собрана и эвакуирована за пределы акватории. В связи с этим встает проблема раннего обнаружения разливов нефтепродуктов, связанных как с непреднамеренным загрязнением, так и произошедших в результате техногенных катастроф, и удаления их с водной поверхности. Отсюда вытекает необходимость в организации и проведении экологического мониторинга как гаранта поддержания необходимого уровня экологической безопасности.
Основными задачами экологического мониторинга океана является создание системы наблюдений за источниками и факторами антропогенных воздействий и биологическими эффектами в морских экосистемах, а также определение допустимой нагрузки на экосистемы (разрабатываемой на основе оценки, анализа и прогноза состояния океана). В настоящее время в решении экологических задач в морских акваториях и прибрежных зонах нашли широкое применение фотографические, телевизионные, спектральные, лидарные, тепловые, радиолокационные и другие виды наблюдения, которые производятся с наземных, судовых, аэрокосмических и других носителей. По охвату обслуживаемой акватории и объему решаемых задач мониторинг можно разделить на глобальный (фоновый), региональный и импактный или объектовый («точечный»).
Для мониторинга нефтяных загрязнений необходимо проведение непрерывных наблюдений во времени, исходя из продуманного распределения измерительных средств в пространстве, поэтому информационная система о состоянии водной поверхности должна быть дистанционной, распределенной, многосенсорной и автоматизированной.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 529; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!