Экология почв земельных ресурсов в нефтегазовом комплексе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Экология почв земельных ресурсов в нефтегазовом комплексе

Введение

экологический почва деградированный скважина

Верхняя оболочка Земли - литосфера - имеет слоистую структуру. В почвенном покрове, занимающим верхнюю часть литосферы, происходит обмен веществом и энергией между живым и косным веществом биосферы.

Под почвой понимают рыхлый поверхностный слой земной коры, обладающий плодородием и непрерывно меняющийся под воздействием внешней среды, биоты и человека.

Почвы испытывают сильную антропогенную нагрузку со стороны промышленности и сельского хозяйства. Идет интенсивное разрушение почвенного покрова Земли. К числу главных факторов разрушения почв относят:

- эрозию почв - разрушение почв под воздействием воды (водная эрозия) и ветра (ветровая эрозия),

- опустынивание почв - снижение их увлажненности,

- засоление почв, связанное с накоплением солей NaCl, Na₂SO₄, CaCO₃, MgCO₃ и других,

- загрязнение почв отходами промышленности. Строительства, городскими отходами.

Основными загрязняющими веществами являются: в районах нефтепромыслов - нефть и нефтепродукты, высокоминерализованные пластовые воды, буровые растворы и применяемые в них химические реагенты, СПАВ, взвешенные вещества; в районах газопромыслов - углеводороды, метиловый спирт, диэтиленгликоль (ДЭГ), СПАВ, фенолы, соединения азота, минеральные соли, взвешенные вещества; в районах высокосернистых месторождений нефти, газа и газоконденсата - кислотообразующие вещества-соединения серы (диоксид серы, сероводород, меркаптан и др.) в меньшей степени - оксид азота (в основном NO).

1. Экология бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин

Сооружению и эксплуатации скважин сопутствует загрязнение окружающей среды. Оно вызвано применяемыми технологиями. Каждая технологическая операция оказывает техногенное влияние на атмосферу, гидросферу, литосферу и недра в районе нефте - и газодобычи. В процессе производства работ по добыче нефти значительные земельные площади и водоемы загрязняются пластовой, подтоварной и сточной водой, нефтью, ее компонентами и другими отходами производства.

Литосферное (геологическое, ландшафтное) воздействие оказывают следующие технологические процессы:

- расчистка территории под буровую, снятие плодородного слоя почвы и его складирование;

- насыпка из песка и гравия площадок под буровую и необходимое оборудование;

- сооружение буровой, прокладка трубопроводов и других коммуникаций;

- рытье и обустройство котлованов (амбаров) для накопления буровых нефтяных шламов;

- разрушение трубопроводов за счет коррозии.

Например, кустовое бурение нефтяных и газовых скважин уменьшает объем земляных работ, что существенно улучшает экологию почв, поскольку существенно снижает на них техногенную нагрузку.

2. Источники загрязнения почвы твердыми и жидкими отходами деятельности нефтегазового комплекса

Источниками загрязнения почвы в результате деятельности НГК могут быть: нефть, отработанные нефтепродукты и растворители, поверхностно-активные вещества, нефтяные шламы, кислые гудроны, кубовые остатки, отработанные твёрдые сорбенты и катализаторы, различные некондиционные жидкие продукты, смолы, тяжёлые металлы, их соли и оксиды, сульфиды, сульфаты, хлориды, алюминийсодержащие продукты, активный ил биологических очистных сооружений, осадки сточных вод и др.

В процессе буровых работ почва загрязняется буровым раствором, химическими веществами сточных и промывочных жидкостей, а также шламом.

В процессе разработки нефтегазовых месторождений почва загрязняется нефтью, нефтепродуктами, различными химическими веществами и высокоминерализованными сточными водами. Микроорганизмы, развивающиеся в почве, разлагают органические остатки, включая нефтепродукты, и способствуют образованию органических кислот, которые вступают в химические реакции с частицами минеральных пород.

Обычно загрязнения нефтью и нефтепродуктами приводят к значительным изменениям физико-химических свойств почв. Так, разрушение слабых почвенных структур и диспергирование почвенных частиц сопровождается снижением водопроницаемости почв. За счёт загрязнения нефтью в почве резко возрастает соотношение между углеродом и азотом, что ухудшает азотный режим и нарушает корневое питание растений. Кроме того, нефть, попадая на поверхность земли и впиваясь в грунт, сильно загрязняет почву и подземные воды, в результате чего плодородный слой земли в течение длительного времени не восстанавливается. Почва самоочищается очень медленно, путём биологического разложения нефти.

Вредное действие нефти на почву и растительность усиливается при наличии в ней высокоминерализованных пластовых вод. Пластовые и сточные воды нефтяных и газовых промыслов, содержащие различные вредные вещества (газ, нефть, соли и т.д.), из-за своей токсичности отрицательно действуют на живые организмы и растительность. При разливе высокоминерализованных вод на плодородный слой земли вероятный период восстановления почвы - около 20 лет.

3. Нефтяные шламы и осадки сточных вод

Для нефтяной отрасли характерно образование нефтезагрязненных жидких и твердых отходов - сточных вод и шламов. Последние образуются при строительстве нефтяных и газовых скважин, при промысловой эксплуатации месторождений, переработке нефти, очистке сточных вод, содержащих нефть, а также при чистке резервуаров и другого оборудования. Иногда к шламам относят даже тяжелые жидкости и немаслянистые отходы, а также шламы от переработки подпитывающих вод.

Нефтяные шламы по составу чрезвычайно разнообразны и представляют собой сложные системы, состоящие из нефтепродуктов, воды и минеральной части (песок, глина, ил и т.д.), соотношение которых колеблется в очень широких пределах. Состав шламов может существенно различаться, т.к. зависит от типа и глубины перерабатываемого сырья (нефти), схем переработки, оборудования, типа коагулянта и др.

В основном шламы представляют собой тяжелые нефтяные остатки, содержащие в среднем (по массе, %) 10-56 нефтепродуктов, 30-85 воды, 1,3-46 твердых примесей.

Накопление отходов осуществляется на специально отведенных для этого площадках или в бункерах без какой-либо сортировки или классификации.

В шламонакопителях происходят естественные процессы - накопление атмосферных осадков, развитие микроорганизмов, протекание окислительных и других процессов, т.е. идет самовосстановление, однако в связи с наличием большого количества солей и нефтепродуктов при общем недостатке кислорода процесс самовосстановления протекает десятки лет.

Токсические характеристики шламов

Скапливание на производственных территориях жидких отходов может привести к интенсивному загрязнению почвы, воздуха и грунтовых вод. Из веществ, входящих в состав шламов, наибольшую опасность для почвогрунтов представляют минеральные соли, нефть и нефтепродукты.

Загрязнение воздуха происходит в результате испарения углеводородов, находящихся в шламах, почва загрязняется за счет слива из амбаров минерализованной воды с большой концентрацией хлоридов и сульфатов, что небезопасно для верхних пресноводных горизонтов.

Экологическая опасность шламов определяется их составом и физико-химическими свойствами.

Применение нефтешламов

Одной из наиболее широких областей применения нефтешламов является дорожное строительство, где они используются как добавка к связующим, повышающая качество асфальтобетонной смеси.

Второй областью по объему использования нефтешлама в качестве сырья является изготовление строительных и теплоизоляционных материалов, включающее высокотемпературное волокно, огнеупорную глину и полиакриламид.

Нефтешлам используется для получения керамзита, при производстве которого для снижения объемной плотности глин используют различные органические добавки, в том числе полигликоли, сульфидно-дрожжевую барду, дизельное топливо, мазут, керосин, пиролизную смолу и др.

4. Восстановление деградированного почвенного покрова. Рекультивация почвы

Деградацию почвы оценивают по нескольким критериям: деградации растительного покрова, водной и ветровой эрозии, уменьшению гумуса в почве, засолению, химическому и радиоактивному загрязнению.

Восстановление почвенного покрова связано с утилизацией твердых отходов. Из существующих методов ликвидации твердых отходов практическое применение нашли свалки, шламо- и щлакохранилища, земляная засыпка, захоронение в шахты, скважины и на морское дно, высокотемпературный пиролиз (разложение) и сжигание.

Свалки, шлако- и шламохранилища. Свалки представляют собой участки земли за городом, на которых осуществляется хранение промышленных и бытовых отходов. Шлако- и шламохранилища представляют собой специальные наземные хранилища, предназначенные для шлаков и шламов. Хранилища открытого и закрытого типа представляют собой сооружения, изолированные водонепроницаемыми материалами, чтобы загрязненные, сточные, талые и ливневые воды поступали в специальную дренажную систему для последующей очистки.

Земляная засыпка связана с выбором места и специальным отводом земельных участков под засыпку. В процессе хранения твердых отходов проводится мониторинг состояния грунта, грунтовых вод и воздуха в месте засыпки.

Захоронение в шахты, скважины применяют для высокотоксичных отходов, так называемых суперкэкотоксиканов, к числу которых относят и радиоактивные отходы. Обычная глубина захоронения достигает тысячи и более метров. Метод захоронения отходов на морском дне дешев, не нуждается в отводе земли, но для некоторых ЗВ (например, радиоактивных) требует использования специальных контейнеров, а со временем приводит к загрязнению морской воды ЗВ и деградации морской флоры и фауны.

Термические методы и ликвидации твердых отходов - высокотемпературный пиролиз и сжигание - относятся к числу универсальных методов утилизации отходов и позволяют существенно уменьшить объем отходов, превратить высокотоксичные твердые ЗВ в менее токсичные газообразные продукты сгорания и золу. Например, основными продуктами сжигания полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), относящихся к суперэкотоксикантам, являются диоксид углерода и вода.

Рекультивация означает комплекс мер, направленных на восстановление, возделывание заново нарушенного природного (естественного) ландшафта или плодородия заброшенных, захламленных, зараженных, загрязненных земельных участков.

Основные методы рекультивации земель разработаны сравнительно давно и касаются вопросов почвозащитной обработки с помощью удобрений, внесения микроэлементов, снегозадержания и т.п. агротехническим мероприятиям. Внесение дополнительных веществ в почву осуществляется с учётом изначального химического состава почв.

Методы рекультивации почв

I. Биотехнологический способ очистки грунта:

1. Очистка с использованием торфа. Торф обладает высокой сорбционной способностью. Микрофлора торфа обладает сильной деструктивной функцией и не требует значительного адаптацинного периода при загрязнении нефтью. Даже в свежезагрязненном торфе наблюдается 13-кратное увеличение численности углеводородокисляющих бактерий.

Рекультивацию нефтезагрязненных почв с использованием торфа проводят поэтапно:

1 этап: Первичная очистка, обваловка и сбор разлитой нефти с помощью торфа.
2 этап: Механическое отделение путем сжатия торфа. Отжатая нефть поступает в нефтеприемники, торф - на приготовление биопрепарата.

3 этап: Приготовление торфяного грунта методом активации нефтеокисляющих микроорганизмов с помощью дополнительно чистого торфа и заранее приготовленной суспензии углеводородокисляющих микроорганизмов (можно и органические добавки).

2. Путидойл. В России создан ряд бактериальных препаратов, успешно применяемых для очистки почв от нефтяных загрязнений. «Путидойл» разработан на основе штамма углеводородокисляющих микроорганизмов. Технология применения заключается в обработке загрязненных участков грунтов раствором препарата вместе с минеральными солями, содержащими азот и фосфор.

Препарат «Путидойл» применялся в арктических условиях на о. Колгуев и на побережье Баренцева моря, где за короткий летний период были полностью очищены участки, загрязненные дизельным топливом. Препаратом за 15 дней был полностью очищен каменистый берег Онежского озера, загрязненный в результате аварии танкера.

3. Деворойл используется для очистки загрязненных нефтью участков на железнодорожных предприятиях. В состав препарата входит выращенная по специальной технологии ассоциация клеток углеводородокисляющих микроорганизмов и добавки, активизирующие процесс биодеструкции нефти.

Биопрепарат «Деворойл» обладает рядом преимуществ перед другими известными способами биологической очистки нефтезагрязненных земель: нетоксичен и непатогенен; обладает высокой активностью окисления углеводородов различных классов и некоторых их производных, включая ароматические углеводороды и канцерогены типа бенз(а) пирен; адаптирован к средам с соленостью до 150 г./л; устойчив к резким колебаниям температуры и значительному химическому загрязнению среды; используется в малых дозах; транспортабелен и удобен в хранении.

Выгодным отличием препарата «Деворойл» от ряда других препаратов является его способность работать как на границе контакта с углеводородами, так и непосредственно в толще нефтяного слоя. Указанное свойство препарата обеспечивает выигрыш во времени, необходимом для нейтрализации загрязнения, что особенно важно при ликвидации аварийных ситуаций.

Продолжительность работ по биологической рекультивации, как правило, составляет 2-3 месяца. Степень очистки зависит от исходной величины загрязнения, вида нефтепродукта, механического состава грунта и создания оптимального водно-воздушного режима и может достигать 95% (при средних показателях 75-80%).

II. Утилизация отходов сжиганием.

Одним из методов рекультивации почвы на месте является уничтожение отходов путем сжигания. Избыток нефтепродуктов предварительно собирается любым подходящим образом. Этот способ имеет множество отрицательных сторон. При его осуществлении происходит вторичное загрязнение окружающей среды за счет образования продуктов неполного сгорания углеводородов. Наблюдается также выгорание растений, семян, органических составляющих почвы и нарушение биоценоза в целом, поэтому этот метод применим лишь в случае возникновения критической аварийной ситуации, при больших разливах нефтепродуктов, когда создается угроза источникам питьевого водоснабжения и близко расположенным грунтовым водам.

III. Очистка ультразвуком.

Эффективен для очистки грунта от нефтепродуктов ультразвук. Начиная с критического значения звукового давления акустических волн, в жидкости возникает кавитация. При схлопывании кавитационных полостей образующиеся микроструи с линейными скоростями 300-800 м/с срывают с поверхности твердых частиц нефтяные загрязнения. Эффективность очистки может достигать 99,5-99,8%. При кавитационных разрывах жидкости происходит ионизация и активация молекул, стимулирующие окисление и полимеризацию углеводородных молекул.

IV. Захоронение отходов на полигонах.

Традиционным является выемка, вывоз и захоронение загрязненных земель в строго отведенных для этого местах - полигонах. Этот метод дешев, но представляется не самым лучшим с точки зрения охраны окружающей среды, поскольку загрязненные нефтью грунты способны сохраняться сотни лет без изменения, являясь, потенциальным источником опасности загрязнения. При создании полигонов следует уделять внимание полной и надежной их изоляции от всех компонентов природной среды.

V. Физико-химическим способ очистки грунта.

К физико-химическим способам рекультивации почв относятся обработка их в устройствах различного типа подогретыми водными растворами в присутствии поверхностно - активных веществ или других химических реагентов, экстракция нефтепродуктов из почв различными растворителями, в том числе вакуумная экстракция и др., к их числу можно отнести также известкование загрязненных нефтью грунтов - обработку грунта негашеной известью в количестве 0,5-5% от массы разлитого нефтепродукта, в результате чего образуется твердый продукт, прочно удерживающий нефтепродукты в виде комплексных соединений.

VI. Электрохимическая обработка загрязненных земель

Методом очистки грунта, не требующим выемки, является электрохимическая обработка. При электрохимическом методе в загрязненную почву погружаются электроды, к которым подводится постоянный электрический ток. Метод основан на том, что большинство почв содержит в порах между частицами то или иное количество водных растворов солей и поэтому обладает электропроводностью. Многие загрязняющие вещества растворяются в почвенной воде и под воздействием электрического поля перемещаются в направлении к электродам, осаждаются на них и затем извлекаются. В зависимости от свойств почвы перемещение загрязняющих веществ может происходить вследствие миграции или электроосмоса, или по обоим механизма одновременно. Основным преимуществом электрохимического метода очистки является его применение для малопроницаемых (глинистых) почв и возможность извлечения самых разнообразных загрязнителей, включая металлы и органические соединения.

VII. Биовентиляция

В США самым распространенным методом рекультивации почв и грунтовых вод является биовентеляция. Сущность его заключается в том, что в загрязненную зону через специальные вертикальные или горизонтальные скважины нагнетается воздух в количестве, достаточном для снабжения кислородом почвенных бактерий, разлагающих органические соединения до СО2 и воды. Под действием потока воздуха жидкие загрязнения вместе с потоком воздуха транспортируются через почву. К моменту достижения ими поверхности большая часть загрязнений успевает разложиться под действием бактерий. Тем самым значительно снижается загрязненность отходящих газов и уменьшаются затраты на его очистку.

Заключение

Почва - стабильная среда обитания, в которой температурный режим и увлажнение всегда изменяются плавно. Почва насыщенна организмами, количество которых огромно, что обусловлено физико-химическими свойствами, механическим составом. Растения, животные, микроорганизмы, обитающие в почве, находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и со средой обитания.

Почва насыщена различными питательными веществами, которые необходимы для развития растений и животных. Биологическая взаимосвязь между почвой и человеком осуществляется главным образом путем обмена веществ. Почва является как бы поставщиком минеральных веществ, необходимых для цикла обмена веществ, для роста растений, потребляемых человеком и травоядными животными, съедаемыми в свою очередь человеком и плотоядными животными. Таким образом, почва обеспечивает пищей многих представителей растительного и животного мира.

Были рассмотрены существующие методы рекультивации нефтезагрязненных почв и их эффективность в частности. Наиболее приемлемыми на сегодняшний день считаются биологические методы рекультивации, так как они не наносят экосистеме больший вред, чем тот, который уже нанесен при загрязнении, и процесс очищения почвы значительно быстрее по сравнению с другими методами рекультивации.

Достаточно традиционными для современной цивилизации стали экологические катастрофы, связанные с наземными разливами нефтепродуктов (НП). Загрязнение такого рода негативно воздействуют на почвенный слой, поверхностные воды и геологическую среду, в том числе подземные воды. Немалая доля таких происшествий связана с авариями на нефтехранилищах и их ненадлежащей эксплуатацией. При этом даже после прекращения действия таких нефтехранилищ они на долгие годы остаются источниками загрязнений.

Список используемой литературы

1. Глебова Е.В., Глебов Л.С. «Курс экологии». - М.; РГУ нефти и газа, 2010, 184 с.

2. Коробкин В.И. «Экология. Учебник для вузов»/ В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. Изд. 9-е.-Ростов на Дону; Феникс, 2005. - 576 с.

3. Горелов А.А. «Экология: Учебное пособие»/А.А. Горелов. - М: Центр, 2009. - 240 с.

4. «Защита атмосферы от промышленных загрязнений» (в 2 т)./ Под ред. С. Калверта, Г.М. Инглунда. - М: Металлургия, 2008.

5. «Экология нефтегазового комплекса» (в 2 т)./ Под ред. А.И. Владимирова и В.В. Ремизова. - М.: ГУП «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. - 416 с.

6. http://www.hydropetroleum.ru/conference/ecolog/ec11.pdf «Загрязнение природных почв в районах нефтегазового комплекса».

Размещено на Allbest.ru