Реферат: Технологии реабилитации нарушенной природной среды нефтедобывающих территорий: опыт Института химии нефти со ран

Технологии реабилитации нарушенной природной среды нефтедобывающих территорий: опыт Института химии нефти СО РАН


Л.К. Алтунина, Ю.М. Полищук*, Е.Е. Сироткина, Л.И. Сваровская, О.С. Токарева


Институт химии нефти СО РАН, 634021 Томск, пр. Академический, 4, alk@ips.tsc.ru

*Югорский НИИ ИТ, 628011 Ханты-Мансийск, ул. Мира, 151


Западно-Сибирский регион – один из наиболее важных аграрно-индустриальных районов России. Добыча нефти и сопутствующего газа составляют единую нефтегазовую отрасль и являются основой мощного топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны. Увеличение объемов добычи нефти на территории Западной Сибири приводит к усилению техногенной нагрузки на все компоненты экосистемы, в том числе, на почву, воду, лесные массивы и атмосферу. В результате аварийных ситуаций в процессе нефтедобычи и транспортировки происходит загрязнение окружающей среды, приводящее к гибели растений и деградации очень неустойчивых почв. На территории нефтедобывающих комплексов примерно 3 % от всей добытой нефти попадает в окружающую среду и становится источником ее загрязнения.

По данным экспертов независимой голландской консалтинговой компании IWACO, в настоящее время в Западной Сибири загрязнено нефтью около 840 тыс. га почвы, что составляет более 7-ми территорий города Москвы.  В связи с увеличением площади нарушенных земель на территории Западной Сибири необходим учет и контроль техногенных ландшафтов.

Одним из наиболее опасных факторов воздействия нефтедобывающего комплекса на экологию окружающей среды Западной Сибири является химическое загрязнение атмосферы в результате сжигания попутного газа в факелах нефтяных месторождений. Современная практика оценки воздействий нефтедобычи на лесоболотные комплексы основана на использовании санитарно-гигиенических нормативов (ПДК, ПДВ и др.), которые не адаптированы к оценке воздействий на природную среду с ее совокупным биоразнообразием. Поэтому интерес представляет оценка экологического риска воздействия нефтедобычи на растительный покров нефтедобывающих территорий.

Принято рассматривать три уровня экологического риска: пренебрежимый, приемлемый, неприемлемый. Важным вопросом при этом является определение значений концентраций загрязняющих веществ, соответствующих границам зон с разным уровнем риска. В данной работе зоной неприемлемого риска предлагается считать участок территории, в пределах которого значение комплексного показателя среднегодового загрязнения атмосферного воздуха Р, соответствует уровню чрезвычайной экологической ситуации и на границе равен 8. Переходя к среднесуточным значениям ПДКс/c,получим, что границей зоны неприемлемого риска для сажи, выбрасываемой в атмосферу из газовых факелов, можно определить уровень загрязнения атмосферного воздуха, равный 2.4 ПДКс/c. Приемлемым принято считать уровень риска, с которым общество может смириться из-за отсутствия у него необходимых материальных ресурсов для осуществления в полном объеме защитных мероприятий. Зоной приемлемого риска предлагается считать территорию с уровнем загрязнения атмосферы от 2.4 ПДКс/c до 1 ПДКс/c.За пределами данной зоны уровень риска пренебрежимый.

На основе разработанной методики карта экологического риска строится путем сопоставления карты риска загрязнения атмосферы и карты чувствительности различных растительных сообществ к загрязнению атмосферы на территории нефтедобычи. Сотрудниками ИХН для картографирования экологических рисков предложены следующие значения коэффициентов чувствительности: травянистая растительность – 1; мелколиственный лес – 0.75; хвойный лес – 0.5. Чем выше чувствительность, тем меньшие концентрации загрязняющих веществ вызывают повреждения соответствующих видов растительности. В соответствии с коэффициентом чувствительности для каждой группы растительных сообществ выбираются зоны с определенным уровнем загрязнения атмосферы в долях от ПДКс/c. Пространственная структура растительного покрова определяется на основе дешифрирования космических снимков территории в зоне воздействия факелов для сжигания попутного газа на нефтяных месторождениях. Карты риска загрязнения атмосферного воздуха строятся путем моделирования рассеяния загрязняющих веществ в атмосфере с использованием данных из экологических паспортов нефтяных месторождений.

В Институте химии нефти большое внимание уделяется разработке новых методов рекультивации нефтезагрязненных почв, нефтешламов и воды. В основу мероприятий по улучшению экологических условий окружающей среды положен комплексный подход, включающий физико химические и микробиологические методы.

Сотрудниками Института разработан и получен патент на биопрепарат для очистки нефтезагрязненных почв и воды, включающий аэробные нефтеокисляющие бактерии, минеральный питательный субстрат и твердый субстрат-носитель. В качестве субстрата-носителя применена сферозола – отход сжигания угля на электростанциях. Совокупность уникальных свойств сферозолы: низкая плотность (меньше воды), малые размеры, сферическая форма, большая удельная поверхность, высокая твердость и температура плавления, химическая инертность позволяют получить на ее основе эффективный, легкий, сыпучий биопрепарат, который не тонет в воде, что важно при ремедиации нефтезагрязненных открытых водоемов. При внесении биопрепарата в почву, загрязненную нефтью в концентрации до 10 %, степень биодеструкции углеводородов за 5-7 суток повышается на порядок при температуре 25 С (рис. 1).





Рисунок 1 – Хроматограммы углеводородов нефти исходного загрязнения почвы (а) и после деструкции с применением биопрепарата (б)

Как следует из данных хроматограмм, высота пиков н алканов нефти исходного загрязнения в несколько раз превышает высоту пиков изо-алканов (пристана и фитана). После биодеградации на фоне снижения концентрации н алканов С13 С25, концентрация пристана и фитана относительно увеличилась. Величина степени биодеградации исходного загрязнения, рассчитанная по формуле (Pr+Ph)/(C17+C18), составляет 0.33, после биодеградации – 5.27. Этапа деструкции нефти микроорганизмами представлены на фото 1. Концентрация загрязняющей почву нефти снижается на 70 75 %. При этом полностью восстанавливается зеленый покров из многолетних трав.








Фото 1 – Этапы деструкции нефти углеводородокисляющей микрофлорой

Институтом химии нефти предложен комплексный метод рекультивации нефтешламов с применением нефтевытесняющих композиций на основе ПАВ и углеводородокисляющих микроорганизмов (оформлена заявка на патент, получена приоритетная справка). Предлагаемый метод отмыва нефтешлама позволит снизить концентрацию загрязнения до 1 2 %. Отмытый грунт визуально чистый и может быть использован для подсыпки дорог (фото 2).



Фото 2 – Грунт до и после отмыва композицией ПАВ

Экономические затраты на приготовление 1 т сухой композиции, которая расходуется для отмыва 10 т нефтешлама, составляют 21.5 27.0 тыс. руб. Создание высокопроизводительной и эффективной технологии позволит решить проблему очистки нефтешламов с возвратом земель пользователю, уменьшить загрязнение окружающей среды.

Сотрудниками ИХН СО РАН в течение ряда лет исследуются физико-химические и сорбционные свойства оксигидроксида железа (ОГЖ) – отхода станции обезжелезивания подземных вод на водозаборе Томского Академгородка. Объем ежегодных отходов составляет 1.5-2 тонны. Фракция ОГЖ в общем объеме отходов составляет 98-99 % с размером частиц 30-50 нм. На основе ОГЖ разработаны сорбенты с высокой сорбционной активностью для решения экологических задач очистки технической воды от нефтепродуктов и фенола. Получено 3 патента. Сорбционная активность ОГЖ по отношению к нефтепродуктам и фенолу в зависимости от термообработки сорбента представлена в таблице 2. Максимальная степень извлечения нефтепродуктов и фенола из воды получена с применением сорбента, представленного смесью ОГЖ и сферозолы (СЗ).

Таблица 2 – Эффективность сорбентов при извлечении нефтепродуктов, фенола

Сорбент

Степень извлечения, %

нефтепродукты

фенол

ОГЖ-25

87.0

27.8

ОГЖ-250

96.6

60.0

СЗ:ОГЖ-250 (соотношение 1:1)

99.7

96.0

В стадии патентования находятся способы очистки водных сред с применением сорбентов от микроорганизмов и ионов металлов, в том числе и от радионуклидов. На основе ОГЖ разработан ранозаживляющий препарат, который защищен патентом.