Биодеградация нефтяных загрязнений реферат

Обновлено: 02.07.2024

В эксперименте был изучен процесс биодеградации парафинов в почве с использованием разработанного нами биореактора открытого типа с сателлитной мешалкой-аэратором. Контролем служила емкость равного биореактору объема с аналогичным количеством загрязненного торфогрунта, где механического перемешивания (аэрации) не происходило. В ходе эксперимента производились высевы для определения общего количества и состава нефтеокисляющей автохтонной микрофлоры. В работе использовался торфогрунт, искусственно загрязненный парафинами. В результате эксперимента было показано, что при незначительной разнице общего микробного числа относительно контроля в начале эксперимента, в конце эксперимента оно более чем в 1,5 раза выше в разработанном нами биореакторе.

Ключевые слова: биодеградация, ремедиация, почва, углеводороды, микроорганизмы, микроорганизмы-биодеструкторы, нефтеокисляющая микрофлора, нефтезагрязненные почвы, углеводородокисляющие микроорганизмы.

Zaborskaya O.Yu. 1 , Zaborskaya A.Yu. 2 , Kramm E.A. 3

2 Sate Budget Educational Institution of the Moscow City of Additional Professional Education,

1,3 Moscow Polytechnic University

SOIL MICROFLORA AS AN AGENT OF BIODEGRADATION OF OIL POLLUTANTS

Abstract

In the course of the experiment, we studied the process of biodegradation of paraffin waxes in the soil using the open-type bioreactor developed by us with the help of a satellite stirrer-aerator. We used the capacity of a volume equal to the bioreactor with a similar amount of contaminated peat soil with no mechanical agitation (aeration) for control. During the experiment, sowings were made to determine the total amount and composition of the oil-oxidizing autochthonous microflora. We used peat and soil in our work, artificially contaminated with paraffin waxes. As a result of the experiment, it was shown that with a slight difference in the total microbial number relative to the control at the beginning of the experiment, it was more than 1.5 times higher in the bioreactor developed by us at the end of the experiment.

Keywords: biodegradation, remediation, soil, hydrocarbons, microorganisms, microorganisms-biodestructors, oil-oxidizing microflora, oil-contaminated soils, hydrocarbon-oxidizing microorganisms.

Продукты переработки нефти, как и сама нефть, при попадании на почвенные покровы оказывают негативное влияние на их общее экологическое состояние. Нарушается структура биоценозов, микроорганизмы, бактерии и животные, обитающие в почве, не могут полноценно выполнять свои функции под влиянием различных фракций нефти.

По уровню воздействия одно из ведущих мест среди различных видов деятельности человека на окружающую среду занимает нефтедобывающая промышленность.

Процесс бурения нефтяных скважин провоцирует появление ряда факторов, отрицательно влияющих на природу: химическое загрязнение почвенного покрова, вод и воздуха веществами и реагентами, применяемыми при бурении и получаемыми в процессе испытательных работ; физическое нарушение растительного и почвенного покрова; нарушение температурного, аэрационного и водного режима почв и грунтов.

Объекты разработки нефтяных месторождений включают в себя непосредственно скважины, хранилища и резервуары нефти, насосные станции, трубопроводы, аппараты подготовки нефти и прочие обслуживающие аппараты и сооружения. Следует заметить, что каждый из этих объектов является потенциально опасным источником загрязнения окружающей среды.

Транспортировка нефти и продуктов переработки осуществляется по трубопроводам, а также железнодорожным, автомобильным, воздушным и водным транспортом. Особое значение имеют случаи возникновения аварийных разливов, возникших в ходе нарушений деятельности различных элементов нефтедобывающего комплекса.

В первую очередь подвергаются загрязнениям почвы, расположенные в непосредственной близости от предприятий, объектов жилищно-коммунального хозяйства, сельскохозяйственного сектора, транспортных коммуникаций, трубопроводов.

Одним из критериев состояния почвы является ее санитарное состояние – совокупность физико-химических, химических и биологических свойств почвы, которые обусловливают ее непосредственное влияние на здоровье человека и животных.

Для оценки степени загрязненности почв используются такие критерии, как ПДК (предельно-допустимая концентрация), ОДК (ориентировочно-допустимая концентрация) загрязняющих веществ в почве. Нормативы количества этих веществ в почвах, смежных средах, сельскохозяйственной продукции, а также общие показатели санитарного состояния почв определены ГОСТ 27593-88 и ГОСТ 17.4.2.01-81 соответственно.

Несмотря на то, что значение ПДК нефти и нефтепродуктов в почве не установлено, для незагрязненных почв массовая доля нефтепродуктов не должна превышать 0,1% согласно ГОСТ Р 54039-2010.

Очевидно, что вопрос охраны окружающей среды не может оставаться без внимания. Однако при оценке последствий загрязнений различного рода существует два подхода к решению проблемы. Первый заключается в резком ограничении любого вмешательства в природную среду во избежание тяжелых последствий в дальнейшем. Второй предполагает, что природа обладает достаточным потенциалом для самостоятельного восстановления, по крайней мере, при существующей степени загрязненности [3].

Глобальные последствия разливов нефти точно не известны. С одной стороны, разливы оказывают негативное воздействие в течение десятилетий, но с другой стороны экосистемы имеют огромный восстановительный потенциал.

Разложение углеводородов происходит под воздействием автохтонной почвенной микрофлоры.

Виды и группы микроорганизмов, способных окислять нефтепродукты, различают по возможности разлагать разные углеводороды в условиях различной кислотности и различного содержания кислорода [1].

Попадая в комфортные условия, микроорганизмы начинают активно размножаться и потреблять загрязнитель, поэтому численность микроорганизмов, разлагающих нефтепродукты определяется типом почвы, наличием грунтовых вод, климатом местности и многими другими факторами.

Спектр микроорганизмов, осуществляющих процесс биодеградации нефти в почве, включает в себя бактерии родов Pseudomonas, Flavobacterium, Acinetobacter, Aeromonas, Arthrobacter, Rhodococcus, дрожжи рода Candida, микромицеты Fusarium, Mucor, Trichoderma, Rhizopus, Penicillium.

Ранее считалось, что микроорганизмы, которые используют компоненты нефти в качестве источника питания, существуют исключительно там, где есть непосредственные источники попадания нефтепродуктов в среду. Но многочисленные исследования показали, что подобные микроорганизмы распространены повсеместно и могут быть выделены практически из любой почвы, песка, осадка, пресной или соленой воды из природного источника.

На участках, никогда ранее не подвергавшиеся загрязнению нефтью и нефтепродуктами в пробах почвы и воды также обнаруживается значительное количество углеводородокисляющих бактерий. Их видовой состав не разнообразен – в основном это представители рода Pseudomonas. Однако при создании благоприятных условий со временем развиваются весьма активные микробиоценозы.

Известно [12], что были проведены исследования процесса биологической очистки нефтезагрязненных почв в Арктических регионах с использованием различных биопрепаратов в естественных условиях, с искусственным поддержанием температуры почвы и аэрацией, и с использованием аборигенной микрофлоры в естественных условиях. Для интенсификации аборигенной микрофлоры вносились минеральные вещества. В исследовании применяли биопрепараты Микрозим Петро Трит, Деворойл, Родер. Проведенные исследования показали, что полная очистка почвы при внесении биопрепарата и начальном загрязнении нефтью 5% составляет от 3 до 4 лет. Полная очистка от нефтепродуктов с помощью автохтонной микрофлоры без интенсификации процесса кислородом происходит за 10-15 лет. Внесение минеральных веществ в загрязненную почву с целью стимулирования автохтонной микрофлоры не увеличивает скорость разложения нефтепродуктов.

В климатических условиях, характерных для средней полосы, где среднегодовая температура значительно ниже необходимых для активной жизнедеятельности большинства микроорганизмов актуально использование специальных аппаратов – биореакторов для осуществления процесса биологической очистки почвы. Данные аппараты, работающие на основе изъятия почвы, позволяют создавать наиболее благоприятные условия для осуществления и интенсификации естественного процесса восстановления почв или биоремедиации [2].

Вместе с этим, биореакторы дают возможность более полно изучить протекание процесса в лабораторных условиях.

Изучение состава нефтеокисляющей микрофлоры почвы

Целью эксперимента было изучение процесса биодеградации парафинов в почве с использованием разработанного нами биореактора открытого типа с сателлитной мешалкой-аэратором.

Задачи: определение общего количества и состава нефтеокисляющей автохтонной микрофлоры торфогрунта.

Таблица 1 – Общее количество микроорганизмов (общее микробное число) в биореакторе и контрольном образце

Высевы осуществлялись на питательные среды:

– МПА (мясопептонный агар);

Нефтеокисляющая микрофлора исследуемой почвы представлена микроорганизмами:

– бактерии родов: Pseudomonas, Rhodococcus;

– дрожжи рода Candida;

– актиномицеты рода Streptomyces.

При незначительной разнице общего микробного числа (относительно контроля) в начале эксперимента, в конце эксперимента оно более чем в 1,5 раза выше в биореакторе.

Список литературы / References

Список литературы на английском языке / References in English

Исследование процесса биодеградации парафинов в почве с использованием биореактора открытого типа с сателлитной мешалкой-аэратором. Особенность произведения высевов для определения общего количества и состава нефтеокисляющей автохтонной микрофлоры.

Рубрика	Экология и охрана природы
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	25.03.2018
Размер файла	20,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Московский политехнический университет

ПОЧВЕННАЯ МИКРОФЛОРА В КАЧЕСТВЕ АГЕНТА БИОДЕГРАДАЦИИ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Заборская О.Ю.

Одним из критериев состояния почвы является ее санитарное состояние - совокупность физико-химических, химических и биологических свойств почвы, которые обусловливают ее непосредственное влияние на здоровье человека и животных.

Разложение углеводородов происходит под воздействием автохтонной почвенной микрофлоры.

На участках, никогда ранее не подвергавшиеся загрязнению нефтью и нефтепродуктами в пробах почвы и воды также обнаруживается значительное количество углеводородокисляющих бактерий. Их видовой состав не разнообразен - в основном это представители рода Pseudomonas. Однако при создании благоприятных условий со временем развиваются весьма активные микробиоценозы.

В климатических условиях, характерных для средней полосы, где среднегодовая температура значительно ниже необходимых для активной жизнедеятельности большинства микроорганизмов актуально использование специальных аппаратов - биореакторов для осуществления процесса биологической очистки почвы. Данные аппараты, работающие на основе изъятия почвы, позволяют создавать наиболее благоприятные условия для осуществления и интенсификации естественного процесса восстановления почв или биоремедиации [2].

Изучение состава нефтеокисляющей микрофлоры почвы

Задачи: определение общего количества и состава нефтеокисляющей автохтонной микрофлоры торфогрунта.

Таблица 1 - Общее количество микроорганизмов (общее микробное число) в биореакторе и контрольном образце

Деятельность предприятий нефтяного комплекса приводит к образованию объемов шламовых отходов: шламов чистки резервуарных парков и оборудования, осадков и избыточных активных илов сооружений биологической очистки сточных вод, шламов химводоочистки теплоэлектроцентрали нефтеперерабатывающего завода (ТЭЦ НПЗ) и др.

В крупных градопромышленных агломерациях на долю нефтешламов приходится до 30 — 40% совокупного объема продуцируемых отходов. Большое количество шламов размещено в накопителях нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, в результате из использования выводятся сотни гектаров полезной территории. В настоящее время разработано несколько способов предложено несколько способов переработки нефтешламов, которые рассмотрены в данной работе.

ГЛАВА 1. ПЕРЕРАБОТКА НЕФТЕШЛАМОВ РЕЗЕРВУАРНОГО ТИПА

При всем многообразии характеристик различных нефтяных отходов в самом общем виде все нефтешламы могут быть разделены на три основные группы в соответствии с условиями их образования — грунтовые, придонные и резервуарного типа. Первые образуются в результате проливов нефтепродуктов на почву в процессе производственных операций, либо при аварийных ситуациях. Придонные шламы образуются при оседании нефтеразливов на дне водоемов, а нефтешламы резервуарного типа — при хранении и перевозке нефтепродуктов в емкостях разной конструкции.

В качестве конкретного примера можно привести результаты анализа массовой проверки чистоты и технического состояния резервуаров автозаправочных станций г. Москвы, проведенной в конце 1997 г. Анализ показал, что основу механических примесей составляют окислы железа (ржавчина) — 50-80% с включением кварцевого песка и смолистых отложений. Механические примеси содержатся в природных отложениях в 85% обследованных резервуаров, а вода — в 60%.

При попадании воды в объем нефтепродуктов происходит образование устойчивых эмульсий типа вода-масло, стабилизация которых обусловливается содержащимися в нефтепродуктах природными стабилизаторами из разряда асфальтенов, смол и парафинов.

Устойчивость эмульсий типа вода-масло объясняется главным образом наличием на поверхности капелек эмульсии структурно-механического барьера, представляющего собой двойной электрический слой на межфазной поверхности. В состав таких защитных пленок могут входить соли поливалентных металлов органических кислот и других полярных компонентов нефтепродукта, которые дополнительно адсорбируются на асфальто-смолистых агрегатах и переводят их в коллоидное состояние. В коллоидном же состоянии асфальтены обладают наибольшей эмульгирующей способностью. Многочисленные исследования указывают на существование прямой связи между устойчивостью эмульсии и концентрацией природных стабилизаторов на границе раздела фаз. Естественно, что концентрация таких веществ возрастает в объеме нефтепродуктов по мере увеличения их молекулярного веса (переход к тяжелым фракциям нефти). Помимо образования эмульсий в среде нефтепродуктов в процессе перевозки и хранения происходит образование полидисперсных систем при взаимодействии жидких углеводородов и твердых частиц механических примесей.

При длительном хранении резервуарные нефтешламы со временем разделяются на несколько слоев с характерными для каждого из них свойствами.

Следующий слой целиком состоит из отстоявшейся минерализованной воды с плотностью 1,01-1,19 г/см3.

Наконец, придонный слой (донный ил) обычно представляет собой твердую фазу, включающую до 45% органики, 52-88% твердых механических примесей, включая окислы железа. Поскольку донный ил представляет собой гидратированную массу, то содержание воды в нем может доходить до 25%.

Из приведенных данных по составу и свойствам разных типов нефтешламов резервуарного происхождения следует, что в процессе зачистки и переработки шламов могут быть применены различные технологические приемы в зависимости от их физико-механических характеристик. В большинстве случаев основная часть резервуарных нефтешламов состоит из жидковязких продуктов с высоким содержанием органики и воды и небольшими добавками механических примесей. Такие шламы легко эвакуируются из резервуаров и отстойников в сборные емкости с помощью разнообразных насосов. Гелеобразные системы, как правило, образуются по стенкам емкостей. Естественно, что наиболее легко образуются нефтешламы, когда внутренние покрытия резервуаров не обладают топливо- и коррозионностойкой защитой.

Тщательный анализ современных технологий по зачистке резервуаров от нефтешламов позволяет сделать однозначный вывод в пользу применения методов, основанных на принципах использования замкнутых, рециркуляционных процессов, включающих в себя и одновременную антикоррозионную защиту отмываемых поверхностей.

В основе таких способов зачистки резервуаров от нефтешламов лежат физико-химические особенности используемых моющих средств, которые обладают высокой деэмульгирующей способностью, обеспечивающей полное разделение моющего раствора и нефтепродукта.

Конкретное практическое воплощение указанные физико-химические принципы очистки находят, например, в моющих средствах, в которые в качестве базовых компонентов входит натриевая соль полиакриловой кислоты, электролит и вода. Такие составы показали высокую эффективность при зачистке железнодорожных цистерн и емкостей из-под нефти, мазута, масел и других нефтепродуктов объемом до 120 м3.

ГЛАВА 2. ОЧИСТКА УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

В основе биотехнологий, направленных на улучшение экологических условий, лежит способность микроорганизмов к ферментативному окислению углеводородов нефти. Степень деструкции углеводородов коррелирует с увеличением численности и оксигеназной активности микроорганизмов. Микробное окисление углеводородов нефти происходит через серию каталитических процессов с образованием промежуточных продуктов метаболизма – спиртов, альдегидов, кетонов, жирных и карбоновых кислот, которые в конечном итоге окисляются до СО2.

Бактерии рода Pseudomonas

В ходе исследования по выделению микробов обнаружено, что они способные расщеплять карбазол и фенантрен в различных степенях. Минерализация этих соединения протекла как по классическому биохимическому пути, так и через альтернативные пути. Исследования проводили с использованием проб загрязненной почвы из трех разных мест территории нефтеперерабатывающего завода города Алжира.

Выявлено, что применение светокорректирующей пленки стимулирует на 2 порядка рост численности основных физиологических групп микрофлоры, участвующей в процессах восстановления нефтезагрязненных почв. При этом процессы биодеградации нефтяных загрязнений протекают в 5-6 раз быстрее. В конце эксперимента содержание нефти составило 34 г/кг почвы, в опытных образцах полностью отсутствовали легкие углеводороды С9-С15, и на 70-80 % уменьшилась концентрация углеводородов с большим молекулярным весом (С16–С34).

Обнаруженный эффект фотолюминесцентной активации может быть использован при разработке экологически безопасных методов восстановления нефтезагрязненных почв на ограниченных площадях.

Нефтесорбирующий бон состоит из сердечника, трубчатой оболочки и носителя. Трубчатая оболочка изготовлена из синтетического материала, например, ленточного капрона, который соединяется таким образом, что образует цилиндрическую поверхность – герметичную трубу, которая располагается вокруг сердечника и обеспечивает плавучесть бона. Трубчатая оболочка жестко соединена с носителем по длине с одной стороны сердечника или с двух противоположных сторон сердечника. Носитель выполнен в виде полимерных сорбирующих волокон с различной плотностью, чередующихся между собой. Полимерные волокна носителя, обладающие сорбирующими свойствами, пропитывают составом из микроорганизмов и биогенного питания, например, клетки Pseudomonas putida 36 и Arthrobacter oxydans-091 в комплексе с минеральными добавками аммонийных и фосфорных солей, обладающим высокой деструктивной способностью к нефти и нефтепродуктам.

— высокой нефтесорбирующей способностью;

— высокой барьерной функцией для оконтуривания нефтяных пятен в открытых проточных водоемах и в качестве заграждающего экрана для удержания нефти, нефтепродуктов в толще воды;

— высокой деструктивной способностью, т. к. содержит живые адсорбированные клетки микроорганизмов, что способствует микробиологической деструкции нефти и нефтепродуктов;

— простотой конструкции, что дает возможность быстрой установки практически в любом месте на реке.

ГЛАВА 3. ОБРАБОТКА ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ БИОТЕРМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

В табл. 1 представлены ориентировочные годовые объемы некоторых видов шламовых отходов, образующихся на НПЗ мощностью до 10 млн. т/год по сырой нефти.

Нефтешламовые отходы представляют собой сырье, пригодное к использованию в качестве грунтоподобных материалов экранирования полигонов, рекультивации несанкционированных свалок, заполнения выемок отработанных карьеров. Однако перед утилизацией они должны подвергаться обработке в целях снижения токсичности путем разложения углеводородов.

Перспективным способом разложения токсичных нефтепродуктов в шламовых отходах является биотермическое компостирование.

Сотрудники Самарского государственного технического университета разработали технологии интенсивного биотермического компостирования нефтешламовых отходов для их последующей утилизации в качестве рекультивационных материалов

При разработке технологии решались следующие задачи:

• интенсификация аэробной биодеструкции углеводородов в шламовых отходах, имеющих неблагоприятный для компостной микрофлоры химический состав;

• исследование возможности применения для биообработки углеводородсодержащих шламов добавок на основе отходов вспомогательных производств нефтетехнологического комплекса взамен природных материалов;

• функционально-компоновочное и конструктивно-технологическое оформление сооружений интенсивной биодеструкции нефтешламов.

Биотермическая обработка шламовых отходов осуществляется с использованием порообразующих и инокулирующих добавок на основе природных материалов: перлита, торфа, лигнина, древесных отходов, отходов агропромышленного комплекса и др. [1].

Добавки создают в нефтешламовой смеси условия, благоприятные для жизнедеятельности аэробной компостной микрофлоры. Некоторые добавки, такие, как лигнин и доломитовая мука, выполняют функции нейтрализаторов, корректируя реакцию среды. Массовые соотношения шламовых отходов и добавок лежат в пределах от 1:0,5 до 1:2. Большие объемы добавок на основе природного сырья, удаленность источников их образования от нефтеперерабатывающих предприятий и соответственно высокая стоимость транспортировки сдерживают массовое применение технологий компостирования шламов.

С целью снижения затрат предлагается заменять природные добавки материалами на основе шламовых отходов нефтяного комплекса: осадками и активными илами сооружений очистки нефтесодержащих стоков, шламами водоподготовки, золошлаками ТЭЦ НПЗ и др. Такие отходы имеют ресурсное, технологическое и генетическое сродство с обрабатываемыми нефтешламами и позволяют реализовать принцип «обработки подобного подобным [2].

В табл. 2 приведен состав некоторых отходов нефтяного комплекса, пригодных для производства рекультивационных материалов, а также инокулирующих и порообразующих добавок компостирования нефтешламов.

Перед биотермическим компостированием нефтешламов проводится их декантация с отделением водной фазы и свободных углеводородов. Затем нефтешламы транспортируются на специализированные сооружения биообработки. Здесь их смешивают с порообразующими и инокулирующими добавками. Исходная смесь формируется в виде пласта или штабеля и подвергается аэрации в естественных (периодическое перемешивание) или искусственных (продувка) условиях.

Жизнедеятельность аэробной нефтеразрушающей микрофлоры приводит к биохимическому распаду углеводородов с выделением теплоты (явление термогенеза). При этом общая продолжительность разложения основной массы углеводородов в шламовых отходах в классических схемах составляет от 6 месяцев до 2 лет в зависимости от природных условий и способов интенсификации. Процесс компостирования нефтешламов описывается температурно-временной характеристикой [1, 3].

Компостирование нефтешламов по классической схеме сопровождается последовательной сменой температурных фаз.

Фаза нарастания температур является лимитирующей. Чем быстрее процесс выйдет на термофильный режим в диапазоне температур от 50 до 70°С, тем быстрее произойдет биоразложение основной массы нефтепродуктов в шламах.

Накопленный авторами опыт показывает, что в компостируемых нефтеотходах процесс выхода на термофильную стадию длителен, иногда продолжается до полугода. Это связано с биоингибированием природной компостной микрофлоры токсичными углеводородами шламов. Например, биоразложение нефтепродуктов, осуществлявшееся по классической схеме без интенсификации, протекает не менее года.

Для интенсификации процесса в условиях жесткого метаболизма рекомендуется проводить инокуляцию или вводить в шламовую смесь стартовые дозы микроорганизмов, адаптированных к разложению нефтепродуктов. В качестве аборигенной микрофлоры-инокулятора предложено использовать осадки первичных отстойников и избыточный активный ил сооружений биологической очистки сточных вод НПЗ. При этом в компостируемый материал вносится дополнительный субстрат, содержащий доступные формы биогенных элементов.

Низкие значения рН = 5-5-6, например, в шламах первичной переработки высокосернистой нефти также препятствуют протеканию термогенеза. Это вызвано подавлением активации компостной микрофлоры с цистированием части микробных клеток и невозможностью их выхода из спорового состояния. Со временем микрофлора адаптируется к низким значениям рН. Однако время адаптации составляет не менее 2 — 3 мес, а в холодное время года — и до полугода, что, естественно, приводит к увеличению общей продолжительности обработки, размеров земельных площадей, отторгаемых под компостирование, и капитальных затрат на сооружения.

Для ускорения обработки кислых шламов авторами предложено использовать добавки на основе щелочных шламов химводоочистки и шлаков ТЭЦ НПЗ, пригодных в качестве корректоров реакции среды (Пат. 2250146 РФ).

Один из способов интенсификации биотермической обработки — управление аэрацией, размерами и формой штабелей компоста в зависимости от стадийности процесса. Например, на фазе роста температур с одновременной инокуляцией смеси стартовыми дозами адаптированной микрофлоры аэрация должна осуществляться в непрерывном режиме, а толщина слоя компоста, подвергаемого продувке, должна быть не более 1,5 — 2 м.

После подъема температуры выше 50°С смесь из инокулируемых штабелей перемещают в высоконагружаемый кавальер высотой до 6 — 8 м, а аэрацию проводят периодически, контролируя динамику термогенеза и степень распада углеводородов. На этой фазе можно использовать компостируемый материал для производства экранов биологической рекультивации полигонов.

С выходом компостируемой смеси на стадию медленного падения температуры полученный компост переносят в бурт дозревания и гуммификации.

Полученный рекультивационный материал можно использовать для заполнения отработанных карьеров, в планировочных работах, а также для технического экранирования заполненных накопителей промышленных отходов на стадии их ликвидации или консервации.

Температурно-временная характеристика компостирования нефтешламов с использованием интенсивных технологий представлена на рис. 3. Благодаря внесению инокулирующих и нейтрализующих добавок продолжительность процесса по сравнению с классической схемой оказалась почти в 2 раза меньше и составила 202 сут. вместо одного года (см. рис. 2). Ускорению процесса также способствовало выделение функциональных зон в общей технологической цепочке компостирования нефтешламов (зоны инокуляции, высоких температур, дозревания и гумификации) и дифференцированное управление аэрацией в каждой из них в соответствии с динамикой термогенеза.

Выделение при компостировании дифференцированных температурных зон и интенсивное управление процессом в каждой из этих зон стало основой для конструктивно-технологического и функционально-компоновочного оформления сооружений по биодеструкции нефтепродуктов в нефтесодержащих шламах. На рис. 4 представлен комплекс по биодеструкции нефтешламовых отходов, разработанный авторами и успешно внедренный на одном из предприятий Самарской области.

Производительность комплекса составляет 10 тыс. т шламов в год, в том числе: нефтешламов и замазученных грунтов — 5 тыс. т; шламов и избыточных активных илов канализационно-очистных сооружений НПЗ — Зтыс.т; по шламам химводоочистки ТЭЦ НПЗ — 2 тыс. т.

После обработки на комплексе шламы с остаточной концентрацией углеводородов 0,5 — 1,0% по массе были использованы в качестве грунтоподобных материалов при рекультивации ряда объектов размещения бытовых и промышленных отходов Самарской области.

Внедрение комплексов биодеструкции шламов на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях позволяет сократить площадь земель, отторгаемых под размещение шламов, в десятки раз и снизить нагрузку на все компоненты окружающей природной среды.биотехнология экологический очистка нефть

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Экологическая биотехнология / Пер. с англ. под ред. К.Ф. Форстера, Д.А.Дж. Вейза. Л.: Химия, 1997.

2. Одум Ю. Экология / Пер. с англ. под ред. В.Е. Соколова: В 2-х т. М: Мир, 1986.

3. Чертес, К.Л., Туровский, И.С. Технология компостирования осадков сточных вод. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1998.

2
Оглавление
1.Введение. 3 2.Основные причины нефтяного загрязнения. 4 3.Негативное влияние на окружающую среду. 6 3.1. На водные ресурсы. 6 3.2. На почву. 8 3.3. На живых существ. 9 3.4. На человека. 10 4. Методы борьбы с нефтяным загрязнением. 11 5. Заключение. 13 6. Источники информации. 14

4
Основные причины нефтяного загрязнения
По характеру поступления в экосистему загрязнения подразделяются на
естественные и антропогенные
Естественные
Нефть - полезное ископаемое природного происхождения. Через естественные разломы и трещины в земной коре (Причиной возникновения которых может быть тектоническая или вулканическая активность) нефть просачивается в мировой океан.
Антропогенные
Основные причины нефтяного загрязнения происходят в результате деятельности человека и связаны они с процессами добычи, транспортировки и использования нефти и её производных. Выделяют следующие антропогенные причины нефтяного загрязнения:
1.Загрязнения при транспортировке
Посредством танкеров и подводных трубопроводов в гидросферу выливается около
20% общего нефтяного загрязнения от всех источников. Чаще всегопри транспортировке нефть разливается в небольших объёмах, и такие загрязнения поддаются скорой ликвидации. Однако подобные постоянные небольшие проливы образуют устойчивые маслянистые плёнки в местах нефтедобычи и по пути транспортировки нефти. Это связано с несовершенством технологий штатных перевозок сырья. Справедливости ради стоит отметить тенденцию к снижению транспортных потерь в суммарном объёме загрязнений от нефтепродуктов.
2.В результате аварий
Аварийные ситуации техногенного характера встречаются нечасто, но истории известны случаи массовых катастрофических сбросов нефти в гидросферу. В настоящее время потенциальными источниками аварийных выбросов служат системы приготовления и циркуляции буровых растворов и жидких реагентов, а также блоки хранения горюче-смазочных материалов.
Авария может произойти при испытаниях на герметичность эксплуатационных колонн, оборудования устья скважины, а также при демонтаже установки. Если авария сопровождается образованием фонтанов и грифонов, то неизбежно быстрое загрязнение внушительных водных территорий.

5
Также особую опасность представляют аварийные ситуации, возникшие по причине незаконной врезки в трубопровод.
3.В процессе бурения скважин и добычи нефти
При разведке и добыче углеводородного сырья в основном действуют такие загрязняющие факторы:
• проливы буровых и тампонажных растворов;
• несанкционированный сброс пластовых вод и шламов;
• случайные мелкие утечки самого сырья.
Замутнение воды и донного осадка нефтепродуктами при бурении скважин так же считается загрязнением, но имеет кратковременный характер.
Основные причины нефтяного загрязнения по вине человека условно разделяют в следующем соотношении:
• штатная транспортировка - 30%;
• аварии при перевозках судами - 4,9%;
• отходы при очистке сырца - 3,3%;
• выбросы техникой в атмосферу - 9,8%;
• выполнение операций при добыче - 0,3%;
• промышленные и городские отходы - 9,8%;
• аварии на нефтедобывающем заводе - 2%.
Итого — 60,1%. По последним сведениям, в год от 200 тысяч до 2 миллионов тонн нефтяных отходов попадает в океан с течением рек. Это чуть меньше половины общего потока. Но незаинтересованность добытчиков нефти в истинной статистике мешает выяснить источники засорений. Поэтому невозможно однозначно утверждать, что на оставшиеся 40%, нефтяное загрязнение акватории возникает по вине человека или воле природы. Учитывая факты нарушения экологического законодательства со стороны производителей, предполагается, что 10% загрязнений в реках приходится на долю естественного поступления. Остальные 30% — антропогенный фактор. Из списка также видно, что последствия загрязнений нефтью с судов и трубопроводов приходится ликвидировать реже, чем проблемы из- за несовершенства методов добычи и транспортировки.

6
Основные районы загрязнений
Анализ снимков из космоса показывает, что очаги глобального нефтяного загрязнения совпадают с трассами морских транспортировок нефти и с устьями крупнейших рек. Также нефтяные разливы зафиксированы в нефтеносных районах, расположенных в континентальных шельфах Мексиканского и Персидского заливов, в Карибском море, у берегов Южной Калифорнии, в Жёлтом море у побережья Китая.
Негативное влияние на окружающую среду
1.На водные ресурсы
Даже незначительная утечка нефти на поверхность воды оборачивается крайне негативными последствиями. Дело в том, что нефть быстро растекается по обширной территории, образуя плёнку, толщина которой зависит от количества пролитого сырья.
Нефтяной слой нарушает кислородный и углекислотный обмены на поверхности воды, уменьшает проникновение солнечного света, препятствует фотосинтезу в гидросфере, уменьшает теплопроводность и теплоёмкость воды.
Часть производных нефти испаряется, некоторая часть остаётся на поверхности воды, и ещё одна часть, образуя совместно с водой дисперсию, медленно опускается на дно.
Механизмы образования пленки на воде
Основное загрязнение нефтью и продуктами ее переработки всех экосистем происходит при попадании этих веществ в Мировой океан. 1 тонна разлитого сырца или нефтепродукта способна засорить 12 км2 площади. На поверхности воды образуется пленка. Она препятствует проникновению кислорода в толщу. Морским обитателям не хватает воздуха. При концентрации нефтепродуктов 17 г/моль и толщине слоя 4,1 мм, в течение 25 дней сокращается поступление кислорода в воду на 40%.
Черное золото — многокомпонентное вещество. Экологические последствия нефтяного загрязнения зависят от размеров фракций, их характера, а также степени уязвимости организмов к влиянию токсинов. Под действием воды, ультрафиолетовых лучей, ветра, температуры, времени, состав меняется.
Загрязняющий слой плывет по воде, разносится ветром и течением. С ним последовательно происходят процессы:

7
• Окисление — происходит под действием солнечного света. Влияние нефти на гидросферу определяется толщиной слоя. Чем он тоньше, тем быстрее окисляется, становится менее вреден. В результате контакта с водными микроорганизмами нефтепродукты расщепляются на углеводороды и другие соединения. Но микробы воздействуют только при определенных условиях, они не в силах разложить тяжелые фракции. В среднем разлагается от 40 до
80% нефти. Активность организмов определяется химическим составом пленки, температурой воды, содержанием в ней кислорода, водорода, питательных веществ.
• Испарение. Если составляющие нефти или продукта ее переработки обладают малой молекулярной массой, то они улетучиваются на 75%, большой — на
10%. Осуществляется выброс окислителей и других вредных веществ в воздух. Наиболее опасен 3,4-бензапирен, который служит источником канцерогенов и вызывает мутации. Воздействие нефтяного загрязнения на экосистемы продолжится, когда вместе с осадками испарившиеся фракции попадут в почву.
• Устремление ко дну. Фитопланктон и взвешенные в воде частицы увлекают тяжелые фракции за собой в глубину, где откладываются на неопределенный срок. Залежи могут быть выброшены на поверхность и снова образовать пленку.
• Уплотнение. После испарения легких частиц пятно сжимается, образуя еще более густую пленку. Эта масса не распадается длительное время. Нарушается фотосинтез, затрудняется поступление кислорода. Течением пятно может отбросить к берегу, что негативно скажется на флоре и фауне прибрежной зоны.
Нефть и продукты ее переработки разлагаются за сутки. Пленку образуют уже совсем другие, не менее опасные соединения. Разложение происходит неравномерно по зонам водоемов, большое значение имеют также времена года. При холодном климате процесс займет годы, теплом — минимум 4 месяца.
С течением и ветром нефтяное пятно на поверхности водоема достигает берегов.
Отсюда оно проникает в почву, разносится грунтовыми водами, штормами может быть обратно выкинуто в океан. Вариантов много, часто все эти процессы сочетаются. Через почву нефть попадает в пресные водоемы, которые используются в качестве питьевых источников. 1 г нефти портит 100 л воды, а характерный привкус появляется уже при содержании 0,5 мл/литр.

8
Классификация
Загрязнение нефтью Мирового океана и любых других водоемов различают по степени воздействия:
• Слабое — отсутствие пленки, обменные процессы протекают без изменений.
Рыбы сохраняют инстинкт размножения, но при их поедании обнаруживается привкус нефтепродуктов. Фиксируется незначительное влияние токсинов на планктон.
• Среднее — не сказывается на газообмене, окисляемости и минерализации или мало отличается от нормы. Вода и рыба имеют характерный привкус и запах.
Наблюдаются случаи аномального развития и летального исхода личинок рыб.
Пятна образуются на отдельных участках.
• Сильное нефтяное загрязнение — миграция рыб, гибель случайно заплывших особей и икры, отсутствие бентоса и планктона в результате нарушения обменных процессов и нехватки кислорода. Пленка уверенно образуется на отдельных участках поверхности.
• Очень сильное — загрязняющий слой представляет собой сплошное пятно на поверхности. В зараженной области отсутствуют бентос, рыбы и планктон. На дне наблюдаются отложения тяжелых фракций. Полностью изменен ход обменных процессов. Флора и прибрежная зона покрыты мазутом и нефтью.
Разливы нефти при транспортировке — наиболее частая причина таких загрязнений.
Настоящие экологические бедствия, согласно этой классификации, наступают в 2 последних случаях. Но также видно, что изменения у рыб происходят и при слабом засорении. А ведь они служат источником питания для многих млекопитающих.
2.На почву
Загрязнение нефтью почвы образуется, когда пятно достигает берега или при выбросе продуктов непосредственно на землю. Риск заражения увеличивается в зонах добычи и переработки. Здесь загрязнение экосистемы вызвано нарушением технологических процессов, целостности и герметичности оборудования. Также процедура вывоза отходов сложная, а хранилища переполнены. Поэтому предприятия просто сливают их в окружающую среду.
Усиливаются социально-экономические последствия загрязнения нефтью, так как под угрозой находятся лесные угодья и сельскохозяйственные культуры.

9
При попадании на землю, нефтепродукты не успевают обрабатываться ультрафиолетом, утекают в почву. Глубина залегания отходов составляет от 12 см до 1 метра. Величина зависит от молекулярной массы частиц.
Битумные фракции из-за своей тяжести опускаются на минимальное расстояние от поверхности. Они отделяются почвенными частицами и склеивают их. Образуется твердая корка, с которой природа редко справляется самостоятельно.
Особенно опасно проникновение самой нефти. Легкие компоненты опускаются в глубь, а тяжелые мешают их испарению, образуя мертвую зону недалеко от поверхности. Сначала погибает микрофлора, затем — растения. При небольшой толщине корки за год образуется перегной. Тогда слой постепенно разрушается.
Другой фактор влияния отходов — токсичность отдельных компонентов. Успех борьбы за выживание зависит от умения видов приспосабливаться к новой среде.
Естественная защита окружающей среды от нефти осуществляется бактериями, которые способствуют окислению вредоносных продуктов. Состояние почвы в этом случае будет зависеть от распространенности таких микробов. Действие отходов на флору продолжается от нескольких недель до 5 лет.
3.На живых существ
Вместе со взвешенными частицами и фитопланктоном тяжелые соединения оказываются в толще воды. По пути ко дну неопределенный процент поглощается двустворчатыми моллюсками, зоопланктоном.
Отдельные виды глубинных обитателей способны выполнять функции хранилища токсичных отходов. Для других — пища губительна или вызывает болезни и мутации. Воздействие на беспозвоночных из-за их малой подвижности продолжается десятилетиями.
Влияние нефтяного загрязнения на рыбу сказывается на всех ее видах в разной мере. Наиболее негативному воздействию подвержены икра, молодые особи.
Исследования рыб, умерших от черного золота, показали видоизменения печени, нарушение сердечных сокращений. Нефть лишает их плавательной функции за счет разрушения плавников. Распространение заражающих веществ усугубляется посредством пищевой цепи.
Макрофиты, являясь прикрепленными организмами моря, представляют главную мишень воздействия нефтепродуктов, они особенно остро реагируют на любые изменения качества водной среды.

10
Изучение видового состава и функционирования прибрежных водорослевых сообществ в условиях нефтяного загрязнения моря тесно связано с познанием процессов самоочищения водной среды и скорости восстановления фитоценозов.
Влияние нефти на животных изучено недостаточно. Жировой слой китообразных, сивучей и тюленей, окутанный пленкой, вызывает расход тепла. Мех полярных медведей, выдр, новорожденных морских котиков и других пушистых обитателей скомкивается. Из-за этого утрачивается способность сохранять тепло и влагу, что приводит к смерти.
Нефть способна проникать через кожу некоторых животных, вызывая отравление.
Отдельные виды переваривают отходы, употребляемые с пищей, водой и воздухом.
Полярные медведи наименее защищены от масштабных загрязнений.
Воздействие на птиц происходит в следующих направлениях:
• Сочетание холодной воды и толстой пленки вызывает спутывание перьев.
Птица приземляется на загрязняющий слой, но выбраться из него уже не в состоянии. В результате она просто тонет. Разлив нефти в море приводит к массовой гибели.
• Вдыхание ядовитых паров, чистка перьев, потребление воды и еды в зоне заражения делает летунов уязвимыми к заболеваниям, нападениям хищников.
Возможен летальный исход при интоксикации, мутации.
• Смерть птенцов в период инкубации — наступает в результате загрязнения яиц перьями родителей.
У всех обитателей зоны поражения наблюдаются раздражение глаз. Загрязнение воды нефтью в разных уголках мира неоднократно губило популяции ондатр, выдр, сумчатых крыс. Через месяц после взрыва платформы в Мексиканском заливе на берегу штата Луизианы, наряду с другими мертвыми животными, были обнаружены
189 морских черепах.
Лабораторные опыты на земноводных и крысах показывают однозначно негативное влияние на всех представителей фауны. На поздних стадиях созревания яиц зародыши умирали, на ранних — показывали аномальное поведение.
4. Влияние на человека
Выбросы нефти в экосистемы истощают природные ресурсы, ухудшают их качество. Снижается видовое разнообразие, изменяется состав ареалов обитания.
Как следствие, снижается уровень жизни людей в близлежащих населенных пунктах от места скопления отходов.

11
С точки зрения экономики, последствия разливов нефти включают денежные затраты на фактический и возможный ущерб. Для финансовой оценки применяют показатели:
• выделение средств на уменьшение загрязнений, снижение содержания канцерогенов;
• издержки, направленные на восстановление объектов;
• компенсации на лечение людей;
• рыночная цена;
• дополнительные расходы, связанные с изменением качества ресурсов.
Вред нефти для человека носит комплексный характер. В организм она поступает с водой, воздухом, отравленной пищей. Симптоматика не специфична:
• головные боли, головокружения;
• быстрая утомляемость;
• желудочные спазмы;
• нарушение сердечных ритмов;
• рассеянность;
• нарушение органов восприятия: слуха, зрения, обоняния.
При своевременной постановке диагноза, и в случае отравления высокосернистым продуктом, возможно излечение от интоксикации. При тяжелых формах, больной не поддается полному восстановлению.
Изменяется состав крови, увеличивается объем гормонов щитовидной железы, страдает нервная система. Такие симптомы свойственны работникам нефтедобычи и переработки, а также в областях, где ближе всего расположены источники нефтяного загрязнения.
Методы борьбы с нефтяным загрязнением
Профилактику утечки черного золота осложняет несовершенство технологии добычи и переработки. В России и ряде стран остро стоит проблема своевременной замены оборудования. Не во всех государствах есть единое законодательство, четко устанавливающее сроки эксплуатации трубопроводов, судов.
Способы преодоления последствий в воде одинаковы при авариях, работе в штатном режиме и в результате миграционных процессов:

12
Механические — предполагают черпание загрязняющего слоя любыми средствами от лопат до машин. В Азербайджане используют безнапорный гидроциклон, который отделяет углеводороды и откачивает сырец с помощью патрубка.
Французы собирают продукт на специальном судне. В РФ для аварийных случаев разработана вихревая воронка производительностью 30 м3/час. Суть методов состоит в отделении нефти от остальных фракций и ее сбор.
Физические — нефтяные линзы (центр заражения) в почве отыскивают, очерчивают его контуры и взрывают. Детонатор подбирают такой мощности, чтобы создать оболочку, недоступную для нефти и воды.
Физико-химические — адсорбентами выступают компоненты различной природы.
Солома отделяет нефть в объеме, который в 30 раз больше ее собственного. Также используются резиновая крошка, пенополиуретан, торф, пемза, угольная пыль, мох, опилки. Далее сырец локализуют путем пропускания через валики и осаждают.
Биологические — Наиболее перспективным методом очистки почв и акваторий от загрязнений нефтью и нефтепродуктами признан биологический метод. Основным преимуществом этого метода является использование природных углеводородутилизирующих микроорганизмов.
В настоящее время существует 3 основных направления биологической очистки почв: биообработка твердой фазы, заключающаяся в обеспечении оптимальных условий для развития собственной почвенной микрофлоры, биообработка в реакторах, предусматривающих обработку почвы в виде пульпы в биореакторе, в котором обеспечивается за счет перемешивания контакт микроорганизмов с водо- нерастворимыми загрязнителями и создаются условия для осуществления процесса микробной деградации и биообработка in situ, основанная на внесении в почву микроорганизмов - деструкторов загрязнений.
При наличии больших площадей загрязненных почв, эффективно проводить обработку биодеструкторами, при этом отсутствует необходимость в транспортировке загрязненных почв. Внесение в загрязненную почву чистых культур, способных осуществлять окисление алифатических, ароматических и других углеводородов приводит, как правило, к ускорению очистки почвы и позволяет обеспечить стабильность процесса биологического распада при относительно невысокой стоимости очистки.

Читайте также: