Нефтяные загрязнения. Как происходит загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами
Нефтяные загрязнения. Нефтяные загрязнения (нефтяные углеводороды - НУ) как химические загрязнения обладают собственной токсичностью для бионтов и при попадании в организм, благодаря липофиль- ности НУ, разрушают различные защитные барьеры организма, изменяют скорость транспорта БАВ, вызывая патологические изменения в тканях и органах, ферментативном аппарате, нервной и репродуктивной системах. Даже низколетучие нефтепродукты способны создать поражающие концентрации в воздухе. Так, во время северных конвоев моряки потопленных судов, находившиеся более часа на воде внутри мазутных пятен, получали тяжелые поражения легких и смертельные отравления.
НУ резко снижают продуктивность гидробионтов, особенно на ранних стадиях развития (молодь, икра). Так, оплодотворенная икра рыб в воде, даже слабо загрязненной нефтепродуктами (>ПДК В), гибнет на 30-100 %. Наркотическое действие НУ известно не только на человека, но и на бионтов и гидробионтов. Так, замечено, что рыбы, получившие нефть в трофической цепи, подвержены ее наркотическому действию. «Подсевшие на нефть» рыбы испытывают своеобразный абстинентный синдром, не стремятся уйти из загрязненной зоны в чистую воду и не ищут, как им полагается, где глубже или лучше, т. е. у них изменяются так называемые поведенческие реакции.
НУ показывают также определенную активность в онкогенезе, поскольку с нефтепродуктами транспортируются и концентрируются в тканях многие липофильные супертоксиканты (ПАУ, хлор- и элементорга- ника, диоксины и т. п.).
Загрязнения НУ не только снижают ресурсы и продуктивность водных ЭС, но падает и потребительская стоимость морепродуктов. Так, после аварий танкеров в зоне добычи устриц их коммерческая добыча не имеет смысла в течение, по крайней мере, пяти лет из-за резкого изменения их вкуса и потребительских качеств биомассы. Наряду с общей токсичностью НУ обладает в любых водных системах и высокой экотоксичностью, причем в основном за счет изменения физических эффектов на границах «воздух-вода» и «вода-почва». Следует отметить, что нефтяные загрязнения гидрофобны и склонны к выделению из воды в отдельные фазы (донные отложения или поверхностные пленки), что существенно замедляет процессы биодеструкции НУ.
Нефтяные загрязнения обладают способностью к депонированию в донных отложениях, причем поступление НУ из депо зависит от клима- топа, типа водоема и условий трансграничного переноса в ОС. В северных районах, где интенсивность систем биодеградации и так невелика, нефть консервируется во льдах и, постоянно присутствуя в трофических цепях, накапливается в биомассе и детрите. Появление нефтяной пленки может обусловливаться поступлением на поверхность нефти из донных отложений, после крупной аварии подобная подпитка может наблюдаться в течение 10-15 лет. В атмосфере легколетучие НУ и особенно метан имеют непосредственное отношение к проблеме истощения озонового слоя. Попадая в почву, НУ изменяют ее физико-химические свойства, поражают микробоценозы и практически лишают почву плодородия. Таким образом, нефтяные загрязнения могут изменять параметры всех компонентов ПС (воды, воздуха и почвы), обладают высокой токсичностью для бионтов и гидробионтов и не менее высокой экотоксичностью для водных ЭС, а в последнее время в связи с интенсификацией транспорта энергоносителей приобретают глобальный характер.
Нефтяные пленки на поверхности воды по сути дела являются физическим загрязнением в зоне интенсивного массообмена водных ЭС с атмосферой. Поверхностные пленки, захватывающие большие водные поверхности рек, морей и океанов резко нарушают продуктивность автотро- фов и трофические цепи водных ЭС и в конечном итоге биологическое равновесие. В среднем 1 т нефти может покрыть тонкой пленкой около 12 км 2 водной поверхности. Нефтяная пленка в морях и океанах наносит большой ущерб водным ЭС и прежде всего поражает нейстон, поверхностный слой воды (5-15 см), где под действием солнечного света происходит фотосинтез и осуществляется основная продукция фитоплактона и зоопланктона.
Тонкий слой НУ на поверхности существенно изменяет и нарушает физико-химические и гидробиологические характеристики поверхностной воды и границы «воздух-вода»: обмен газами (С0 2 и 0 2), влагой (испарение), теплом через границу «вода-воздух», меняет отражающую и поглощающую способность водной поверхности для солнечного света, альбедо и интенсивность фотосинтеза. В конечном случае подобные нарушения могут быть причиной региональных изменений климата, содержания кислорода в атмосфере.
Гидросфера, ее состав и структура. Водная среда как среда жизни. Загрязнение водной среды
гидросфера вода ледники атмосфера
Гидросфера -- водная оболочка Земли. Свыше 96% гидросферы составляют моря и океаны; около 2% -- подземные воды, около 2% -- ледники, 0,02% -- воды суши (реки, озера, болота). Общий объем гидросферы Земли -- свыше 1 миллиарда 500 миллионов км3. По данным, учитывающим только разведанные запасы подземной воды, на пресную воду на всей планете приходится только 2,8%. Главная масса воды (97,2%) -- соленая. Гидросфера -- единая оболочка, так как все воды взаимосвязаны и находятся в постоянных больших или малых круговоротах. Полное обновление вод происходит по-разному. Воды в полярных ледниках возобновляются за 8 тысяч лет, подземные воды -- за 5 тысяч лет, озера -- за 300 дней, реки -- за 12 дней, водяной пар в атмосфере -- за 9 дней, а воды Мирового океана -- за 3 тысячи лет. Гидросфера играет очень большую роль в жизни планеты: она накапливает солнечное тепло и перераспределяет его на Земле. С Мирового океана на сушу поступают атмосферные осадки. Гидросфера взаимодействует с литосферой. Об этом свидетельствуют эрозионные и аккумулятивные процессы, связанные с работой воды. Взаимодействует гидросфера и с атмосферой: облака состоят из паров воды, испарившихся с поверхности морей и океанов. Гидросфера также взаимодействует и с биосферой, так как живые существа, населяющие биосферу, не могут жить без воды. Взаимодействуя с различными оболочками планеты, гидросфера выступает, в свою очередь, как часть целостной природы земной поверхности.
Вода - не только живительный источник для всех животных и растений на Земле, но является средой обитания для многих водных растений и животных. Одни из них всю жизнь проводят в воде, а другие находятся в водной среде лишь в начале своей жизни. В этом можно убедиться, посетив небольшой пруд или болото. В водной стихии можно обнаружить самых маленьких представителей - одноклеточные организмы, для рассмотрения которых требуется микроскоп. К ним относятся многочисленные водоросли и бактерии. Поверхность воды имеет особую упругую плёнку - поверхностное натяжение, чем успешно пользуются мелкие водные жуки-вертячки. Они встречаются целыми стайками. Сверкая на солнце, вертячки оживлённо бороздят воду и ловят мелких беспозвоночных животных. Более крупную жертву, упавшую на поверхность воды, всегда заметит клоп-водомерка. Он хищник. Иногда жертвой водомерки становится даже стрекоза. В свою очередь, на водомерок нередко охотится тритон. Это хвостатое земноводное живёт в воде всё лето. И под водой немало хищников. Один из них - клоп-гладыш. Это один из самых крупных водных клопов, сильный и ловкий хищник. Длина его тела более одного сантиметра. Гладыш плавает спиной вниз, брюшком кверху. Его большие красные глаза обращены при этом ко дну, высматривая добычу. Он легче воды и дышит атмосферным воздухом. В отличие от водомерки, гладыш неплохо летает, посещая подходящие для охоты водоёмы. На дне водоёмов можно встретить странных обитателей - личинок ручейников. Их тело находится в особом футляре - чехлике, который личинка строит сама из подручных материалов, например, из камушек. Все наши стрекозы откладывают яйца в воду или ткани водных растений. Личинка стрекозы имеет характерный облик, малоподвижна и хорошо приспособлена к жизни на дне водоёма. Она хищник в водной стихии, как и взрослые стрекозы в воздушной среде. Личинка стрекозы дышит трахейными жабрами. Нередко можно увидеть двух личинок, которые выясняют, кому именно принадлежит данный участок дна водоёма. В воде живёт и паук-серебрянка. Это единственный из пауков, который отлично приспособился к подводному существованию. Он одинаково хорошо передвигается как на суше, так и в воде. Дышит паук атмосферным воздухом. Строит под водой из паутины жилища, которые наполняет воздухом. Такое жилище служит пауку надёжным подводным убежищем. Здесь он отдыхает и поедает пойманную добычу. В воде и только в воде откладывают икру все наши земноводные животные, такие как лягушки, жабы, тритоны и т.д. Вы видите зелёных жаб во время брачных игр, предшествующих откладке икры. Обычно жабы живут вне водоёмов, но весной после зимней спячки они дружно и большими группами плавают и резвятся в воде. Вода - среда обитания и некоторых млекопитающих. Это речной бобр. Бобра вода кормит, поит, даёт жильё и убежище от врагов. Самое маленькое млекопитающее - выхухоль. Она живёт у воды и здесь же находит себе пропитание. Вода является средою, которая во много раз плотнее воздуха. В силу этого она оказывает на живущие в ней организмы определённое давление и в то же время обладает способностью поддерживать тела. Среди водных животных, как и на суше, есть прожорливые хищники и мирные растительноядные, но для их жизнедеятельности нужна чистая без вредных примесей вода.
Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно - выражение «вода - это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья. Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Из других загрязнителей необходимо назвать металлы (например, ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм. Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением температуры в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие. В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний. В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья. Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже крупные реки (такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону уменьшения объемы переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образование растительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. Сохраняя и оберегая воду наших рек, озёр, прудов, мы сохраняем и жизни наших братьев меньших.
В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно - выражение "вода - это жизнь". Без воды человек не может прожить более трех суток, но даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Ткани живых организмов на 70% состоят из воды, и поэтому В.И.Вернадский определял жизнь как живую воду. Воды на Земле много, но 97% - это солёная вода океанов и морей, и лишь 3% - пресная. Из этих три четверти почти недоступны живым организмам, так как эта вода "законсервирована" в ледниках гор и полярных шапках (ледники Арктики и Антарктики). Это резерв пресной воды. Из воды, доступной живым организмам, основная часть заключена в их тканях.
Потребность в воде у организмов очень велика. Например, для образования 1 кг биомассы дерева расходуется до 500 кг воды. И поэтому её нужно расходовать и не загрязнять. Основная масса воды сосредоточена в океанах. Испаряющаяся с его поверхности вода дает живительную влагу естественным и искусственным экосистемам суши. Чем ближе район к океану, тем больше там выпадает осадков. Суша постоянно возвращает воду океану, часть воды испаряется, особенно лесами, часть собирается реками, в которые поступают дождевые и снеговые воды. Обмен влагой между океаном и сушей требует очень большого количества энергии: на это затрачивается до 1/3 того, что Земля получает от Солнца.
Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько воды, сколько расходовал при её испарении. Если не менялся климат, то не мелели реки и не снижался уровень воды в озёрах. С развитием цивилизации этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур увеличилось испарение с суши. Реки южных районов обмелели, загрязнение океанов и появление на его поверхности нефтяной плёнки уменьшило количество воды, испаряемой океаном. Всё это ухудшает водоснабжение биосферы. Более частыми становятся засухи, возникают очаги экологических бедствий, например, многолетняя катастрофическая засуха в зоне Сахеля.
Кроме того, и сама пресная вода, которая возвращается в океан и другие водоёмы с суши, часто загрязнена, практически не пригодной для питья стала вода многих рек России. Прежде неисчерпаемый ресурс - пресная чистая вода - становиться исчерпаемым. Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира. В данном реферате рассмотрена проблема загрязнения водных объектов. На сегодня нельзя не обращать внимания на эту проблему, т.к. если не на нас, то на наших детях скажутся все последствия антропогенного загрязнения воды. Уже сейчас из-за диоксинового загрязнения водоемов в России ежегодно погибает 20 тыс. человек. Примерно такое же число россиян ежегодно смертельно заболевает раком кожи в результате разрушения озонового слоя в стратосфере. Вследствие проживания в опасно отравленной среде обитания распространяются раковые и другие экологически зависимые заболевания различных органов. У половины новорожденных получивших даже незначительное дополнительное облучение на определенном этапе формирования плода в теле матери, обнаруживаются задержки умственного развития. Следовательно эту проблему надо решать как можно скорее и радикально пересмотреть проблему очищения промышленных сбросов.
Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-ых годов в океан ежегодно поступало около 16 млн. т. нефти, что составляло 0, 23% мировой добычи. Большая часть нефти, загрязняющей моря и океаны, попадает туда не в результате аварий или природных катастроф, а как следствие ординарных операций. Даже в 1979 г.-- рекордном году по природным катастрофам и авариям--из-за природных бедствий и аварий танкеров в океан попало вдвое меньше нефти, чем в результате поступления туда нефти от двигателей внутреннего сгорания и промышленных предприятий. В период за 1962-79 годы в результате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. т. нефти. За последние 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн. т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн. т. /год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0, 5 млн. т. нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину.
Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 11-10% (280 нм), 60-70% (400нм). Пленка толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую "нефть в воде" и обратную "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащей поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.
Владимир Хомутко
Время на чтение: 5 минут
А А
Как происходит загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами?
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.
Нефть – продукт природного происхождения, об источниках которого по сей день ведутся споры в ученой среде. Самые крупные нефтяные месторождения (30 из 45 самых больших) расположены в Азии, а точнее – на Ближнем и Среднем Востоке. Остальные 15-ть рассредоточены по разным земным регионам – Латинская и Северная Америка, Африка, Западная Сибирь и Юго-Восточная Азия.
Нефтяное пятно
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.
Экспертная группа, исследующая нефтяное загрязнение водоемов нефтепродуктами, основные источники таких загрязнений классифицирует следующим образом:
- транспортировки по трубопроводам и с помощью наземных транспортных средств;
- операции на морских нефтяных терминалах, катастрофы на нефтеналивных судах и морских буровых платформах и так далее;
- промышленные, муниципальные и бытовые стоки, содержащие в себе отходы, загрязненные нефтепродуктами;
- миграционные нефтепотоки, просачивающиеся с морского дна из разломов и трещин.
Данные последних проведенных исследований говорят, что только за счет миграционного просачивания в морскую среду ежегодно попадает от 0,2 до 2 миллионов тонн нефти, что равно примерно половине всего нефтяного потока, который вливается в Мировой океан.
Морская транспортировка нефти посредством танкеров и подводных трубопроводов загрязняет морскую среду примерно на 20 процентов от общего нефтяного загрязнения из всех источников.
Доля загрязнений, происходящих в процессе бурения и последующей эксплуатации морских скважин, составляет меньше 0.2 процента.
Потери нефти и нефтепродуктов, которые происходят в результате аварий на береговых нефтяных терминалах и в процессе перекачке нефтепродуктов посредством подводных трубопроводов, составляют 5 и 10 процентов соответственно.
Основные транспортные потери составляют аварийные разливы нефти и нефтепродуктов в процессе танкерных перевозок (примерно 85 процентов всех потерь). Справедливости ради, стоит сказать, что в последнее время вклад этого источника в общий объем загрязнений сильно снизился.
Чаще всего утечки происходят в малых объемах и поддаются быстрой ликвидации. К примеру, в 2010-ом году всего произошло 12 тысяч разливов, и 85 процентов из них – это утечки объемов менее 7-ми тонн. Однако, именно такие постоянные небольшие разливы создают устойчивые загрязняющие радужные пленки в местах наибольшего трафика транспортировки и в местах нефтедобычи.
37 процентов таких загрязнений попадает в водную среду без аварий. Это связано с экологическим несовершенством существующих технологий нефтепереработки, в результате чего загрязняющие продукты попадают в окружающую среду через бытовые и промышленные стоки.
Посредством атмосферного переноса в крупнейшие водоемы Земли (реки, моря и океаны) попадает примерно 5 процентов всех нефтяных загрязнений, поскольку в атмосфере (по сравнению с почвами, донными отложениями и водой) содержится сравнительно немного загрязняющих веществ. Однако, большая скорость перемещения воздушных масс делает атмосферный перенос важным каналом, посредством которого вредные продукты попадают на морскую поверхность. Таким образом возможен перенос любого химически устойчивого вещества или материала.
Основные источники загрязнения в процессе деятельности по разведке и последующей добыче углеводородного сырья:
- аварийные выбросы растворов (тампонажных и буровых);
- аварийные выбросы самого добываемого сырья;
- несанкционированные сбросы пластовых вод и шламов;
- случайные утечки небольшого масштаба;
- взмучивание донных отложений при бурении скважин (кратковременное загрязнение морей и других водоемов).
Кроме того, если платформа расположена на ледовой акватории, существует риск её разрушения под действием ледяных масс.
Несмотря на сложившееся мнение, аварийные разливы – не самые главные источники загрязнения нефтью и нефтепродуктами. Их доля в общем загрязняющем потоке колеблется от 9-ти до 13-ти процентов. Несмотря на постоянное увеличение объемов перевозимой по морю нефти и её производных, тенденция снижения связанных с этим процессом нефтяных сохраняется. Стоит сказать, что катастрофы, при которых происходят разливы более, чем 30 тысяч тонн, достаточно редкое явление.
Точечными источниками загрязнений окружающей среды в течение длительного времени являются энергоустановки плавучих буровых платформ, в которых постоянно сжигаются нефтяное топливо и попутные газы.
Промышленные выбросы предприятий нефтегазовой сферы составляют примерно 20 процентов всех вредных промышленных выбросов. При этом основными источниками загрязнения атмосферы являются факелы, сжигающие попутные нефтяные газы.
Нефтегазодобыча приводит к образованию большого объема отходов.
Технически их размещают тремя главными способами:
- хранение в особых типах земляных сооружений, называемых шламовыми амбарами;
- захоронение путем закачивания в подземные горизонты;
- вывоз на специальные полигоны.
По данным, получаемым из неофициальных источников, существующие специально оборудованные хранилища таких отходов переполнены. Кроме того, их вывоз на спецполигоны, находящиеся на значительном расстоянии, весьма дорог и также не безопасен с экологической точки зрения. В связи с этим существует практика сброса этих видов отходов, что называется, «за борт», а также путем закачивания под землю, что является прямым нарушением экологического законодательства.
Также, с точки зрения попадания вредных углеводородов в окружающую среду, очень опасны аварийные разрывы трубопроводов, а также разрывы, возникающие в процессе незаконных врезок.
Попадание нефти и её производных на поверхность воды является самым распространенным видом нефтяных загрязнений.
Такие сбросы за короткое время покрывают большие поверхности. Толщина загрязняющего слоя при этом бывает разной. Низкие температуры атмосферы и самой воды замедляют растекание. Возле береговой линии толщина слоя больше, нежели в открытом море. Движение разлива происходит под действием течений, приливов/отливов и ветра, при этом некоторые виды нефтей «тонут», и движение пятна происходит под толщей воды.
Состав нефти-сырца и её производных меняется в зависимости от текущей температуры атмосферы и воды, а также под воздействием света. Вещества, обладающие с низким значением молекулярного веса, легко испаряются. Объем таких испарений варьируется от 10 процентов (тяжелые нефти и нефтепродукты) до 75 процентов (легких нефти и их фракции).
Кроме того, некоторые вещества с низким молекулярным весом, входящие в состав нефтепродуктов, способны растворяться в воде (обычно – не более пяти процентов от общего объема). Этот процесс останавливает движение разлива по поверхности из-за увеличения плотности оставшейся нефти.
Воздействие солнечных лучей приводит к окислению нефти. Чем меньше толщина слоя, тем легче происходит окисление. Кроме того, нефть, на скорость окисления влияет содержание в продукте металла и серы: чем больше концентрация первого и меньше второго – тем быстрее идет процесс.
Течение и ветер приводят к смешиванию нефти и воды. В результате образуется либо нефте-водяная (быстро растворяющаяся) эмульсия, либо водо-нефтяная эмульсия, растворения которой не происходит. В водо-нефтяной эмульсии вода может составлять от 10-ти до 80-ти процентов. 50-ти – 80-ти процентные эмульсии распространяются крайне медленно, и способны оставаться на водной поверхности или на берегу долгое время без каких-либо изменений.
В процессе превращения в эмульсию движение нефти приводит к попаданию её частиц и молекул к живым организмам. Бактерии, грибки и дрожжи, находящиеся в воде, разлагают нефть на простые углеводороды и не углеводороды. В свою очередь, нефтяные частицы прилипают к различным обломкам, микробам, тине, фитопланктону и вместе с ними оседают на дно. Тяжелые нефтяные вещества обладают большей устойчивостью к воздействию микроорганизмов, поэтому оседают на дно в неизмененном виде.
Эффективность микробного воздействия зависит от следующих факторов:
- температуры воды;
- содержания в ней водорода;
- концентрации соли;
- количества кислорода;
- химического состава нефти;
- состава питательных веществ в воде;
- вида микроорганизмов.
В связи с этим, ухудшение микробиологического характера чаще всего происходит в условиях дефицита кислорода и питательных веществ и приводит к повышению температуры воды.
Нефть может попадать и в более сложные живые организмы. Например, двустворчатые моллюски, фильтрующие зоопланктон, вместе с ним поглощают и нефтяные частицы.
Поскольку они не могут эти частицы переварить, моллюски выступают в роли их переносчиков. Рыбы, морские млекопитающие, птицы и некоторые виды ракообразных и червеобразных беспозвоночных могут частично переваривать углеводороды, попадающие в их организм в процессе дыхания и питания.
Если разлив нефти произошел не зимой или не в холодных серверных широтах, время нахождения в воде нефти и её производных чаще всего – не более полугода. При низких температурах окружающей среды, нефть может сохраняться до наступления потепления, когда и начнется её разложение под действием теплого воздуха, ветра и солнечных лучей, а также при усиленном воздействии на неё микроорганизмов. Период сохранности нефти в прибрежной зоне колеблется от нескольких дней (если эта зона – скалистая) до 10 лет и более в сырых и защищенных от приливов и отливов местах.
Нефть, задержавшаяся в прибрежных и береговых отложениях, может спровоцировать загрязнение океана и прибрежных вод.
Разлитая по земле нефть не успевает подвергнуться погодным воздействиям до того, как проникнет в почву. Если разлив произошел на небольшой площади водной поверхности (в озере или ручье), то нефть также слабо подвергается влиянию погоды, пока не попадет на берег.
Нефть, попавшая сразу на землю, испаряется и окисляется под действием микробов. Если почва – сильно пористая, то возможно загрязнение грунтовых вод.
Нефть оказывает серьезное негативное воздействие на птиц и их яйца. Такое загрязнение спутывает перья и вызывает глазные раздражения. Гибель водоплавающих птиц чаще всего происходит от того, что, испачкавшись в нефтепродуктах, они «тонут».
Кроме того, нефть попадает в организм птиц во время чистки оперения, поглощения загрязненной еды и питья, а также через органы дыхания. Это приводит к смерти от болезней, голода или отравлений. Птичьи яйца также очень чувствительны к нефтяному воздействию.
О влиянии нефтяных разливов на млекопитающих известно меньше. Чаще других от таких загрязнений погибают те виды млекопитающих, которые покрыты мехом (полярные медведи, выдры, тюлени). Это связано с тем, что их меховой покров спутывается и перестает сохранять тепло и отталкивать воду. Сивучи и китообразные (дельфины, косатки и киты) обладают толстым жировым слоем, который под действием нефти усиленно расходует тепло. Помимо этого, на коже и глазах появляются раздражения, что мешает этим животным полноценно плавать.
Тюлени и китообразные менее подвержены нефтяному загрязнению и обладают способностью быстро переваривать нефтепродукты. Однако и они не застрахованы от желудочно-кишечных кровотечений, почечной недостаточности, печеночной интоксикации и нарушений кровяного давления. Нефтяные испарения вызывают проблемы с органами дыхания.
Морские черепахи едят как частицы нефти, так и предметы, сделанные из пластмассы. Зародыши черепах, зарытые в зараженный нефтью песок, чаще всего либо гибнут, либо развиваются с патологиями.
Рыбы обычно гибнут при разливах большого масштаба. Нефть-сырец и её производные обладают разной токсичностью, и на разные виды рыб воздействуют по-разному. Личинки и молодь – более чувствительны к нефтяным загрязнениям.
Беспозвоночные – хорошие индикаторы нефтяных загрязнений, поскольку малоподвижны. Влияние таких разливов на них может продолжаться до десяти лет. Колонии зоопланктона, обитающие в больших водных объемах, восстанавливаются быстрее, чем те, среда обитания которых ограничена.
Методы очистки нефтепродуктов при загрязнении ими окружающей среды
Применение тех или иных методов по очистке нефтяных загрязнений во многом зависят от характера и условий разлива. Близость нефтяного пятна к густонаселенным районам, пляжам, портам, рыболовным угодьям, важным природоохранным зонам, заповедникам, и так далее, напрямую влияют на масштаб и комплекс очистных работ. Если берег – скального типа, либо имеет слабопористую структуру, к тому же открыт для приливов/отливов и волн, то его обычно специально не чистят, поскольку природа за довольно короткое время справляется сама. Пляжи, покрытые крупнозернистым песком и галькой, очищают при помощи тяжелой строительной техники.
Очистка нефтепродуктов с поверхности морей, океанов и озер чаще всего производится отсасыванием нефтяного слоя с помощью специальных насосов и методами абсорбции. Быстрое расползание нефтяного пятна под действием течений и ветра требует от соответствующих служб скорейшего реагирования.
Один из самых современных и эффективных методов борьбы с загрязнениями нефтепродуктами и нефтью – мониторинг разливов с помощью дистанционного зондирования.
Сенсоры космических аппаратов позволяют следить за движениями нефтяного пятна с высоким разрешением, а также дают возможность классифицировать загрязнение по насыщенности его цвета.
С помощью этого метода можно различать загрязнения:
- сырой нефтью;
- бензинами, мазутами, дизельными видами топлива и так далее;
- загрязненные речные стоки;
- сбросы с нефтеналивных судов технологического характера;
- загрязнения буровыми водами и шламом;
- выходы нефти с морского дна;
- отходы нефтяной и рыбной промышленности.
И воды обуславливает особенности их нахождения в поверхностных и подземных водах. Нефть и нефтепродукты представляют собой смесь углеводородов с различной растворимостью в воде: для нефтей (в зависимости от химического состава) растворимость составляет 10-50 мг/дм 3 ; для бензинов — 9-505 мг/ дм 3 ; для керосинов — 2-5 мг/ дм 3 ; для дизельного топлива — 8-22 мг/ дм 3 . Растворимость углеводородов увеличивается в ряду:
- ароматические >циклопарафиновые >парафиновые. Растворимая доля нефти в воде от всей ее массы мала (5∙10 -3 %), но при этом необходимо учитывать два обстоятельства:
- в число растворяющихся компонентов нефти попадают наиболее токсичные ее компоненты;
- нефть может образовывать с водой стойкие эмульсии, так что в толщу воды может перейти до 15% всей нефти.
Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую — «нефть в воде» и обратную — «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0.5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества.
При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности в виде тонкой нефтяной пленки, которая перемещается со скоростью примерно в два раза большей, чем скорость течения воды.
При соприкосновении с берегом и прибрежной растительностью нефтяная пленка оседает на них. В процессе распространения по поверхности воды легкие фракции нефти частично испаряются, растворяются, а тяжелые опускаются в толщу воды, оседают на дно, загрязняя донные отложения.
В таблице 6.7 приведена классификация нефтяного загрязнения поверхностных водоемов .
Установить прямую связь между объемом утечки (разлива) и площадью загрязнений поверхности воды , дна водоема, его берегов, а также стойкость загрязнений весьма трудно. Ориентировочную (приближенную) оценку площади загрязнения можно получить, пользуясь данными С.М. Драчева (табл. 6.8).
Таблица 6.7
Таблица 6.8
Последствия нефтяного загрязнения рек и водоемов. Загрязнение воды нефтью затрудняет все виды водопользования.
Влияние нефтяного загрязнения на водоем проявляется в:
- ухудшении физических свойств воды (замутнение, изменение цвета, вкуса, запаха);
- растворении в воде токсических веществ;
- образовании поверхностной пленки нефти и осадка на дне водоема, понижающей содержание в воде кислорода.
Характерный запах и привкус появляются при концентрации нефти и нефтепродуктов в воде 0.5 мг/дм 3 , а нафтеновых кислот 0.01 мг/дм 3 . Значительные изменения химических показателей воды происходят при содержании нефти и нефтепродуктов более 100-500 мг/дм 3 . Пленка нефти на поверхности водоема ухудшает газообмен воды с атмосферой, замедляя скорость аэрации и удаления углекислого газа, образующегося при окислении нефти. При толщине нефтяной пленки 4.1 мм и концентрации нефти в воде 17 мг/дм 3 количество растворенного кислорода за 20-25 сут понижается на 40%.
Загрязнение нефтью и нефтепродуктами рыбохозяйственных водоемов приводит к ухудшению:
- качества рыбы (появление окраски, пятен, запаха, привкуса);
- гибели взрослых рыб, молоди, личинок и икры;
- отклонениям от нормального развития рыбной молоди, личинок и икры;
- сокращению кормовых запасов (бентоса, планктона), мест обитания, нереста и нагула рыб;
- нарушению миграции рыб, молоди, личинок и икры.
При характеристике и оценке нефтяного загрязнения важное место занимают методы определения углеводородов нефти и нефтепродуктов в водах, которые весьма разнообразны и противоречивы. В настоящее время единой гостированной методики определения содержания нефтепродуктов в природных средах не существует, это связано со сложностью углеводородного состава нефтей и неоднородностью дисперсных систем, образующихся при нефтяных загрязнениях.
Наиболее часто, при определении содержания нефтепродуктов в воде пользуются двумя методами:
- флюориметрическим (прибор «Флюорат — 02»): прибор «Флюорат — 02» измеряет массовые концентрации нефтепродуктов, растворяемых в гексане (согласно МУК 4.1.057-4.1.081-96). Диапазон измеряемых концентраций 0,005-50 мг/дм 3 . Метод неприменим для определения в пробах воды индивидуальных компонентов, входящих в состав нефтепродуктов, парафинов и легкокипящей фракции нефтепродуктов;
- фотометрическим (приборы АН-1 и ИКФ-2А): двухлучевой анализатор (прибор АН-1) измеряет содержание нефтепродуктов в пробах воды и донных отложений в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.5-95 путем экстрагирования их четыреххлористым углеродом;
Концентратомер нефтепродуктов (прибор ИКФ-2а) измеряет содержание нефтепродуктов в пробах воды и донных отложений в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.5-95 путем экстрагирования их четыреххлористым углеродом. Минимальная определяемая концентрация нефтепродуктов — от 0.03 мг/дм 3 .
Нефть и нефтепродукты хорошо растворяются в малополярных органических растворителях. Практически все нефтяные компоненты полностью растворимы в четыреххлористом углероде. Неполярные органические растворители (гексан), растворяют всю углеводородную часть нефти, но не растворяют входящие в ее состав асфальтены и высокомолекулярные смолы. Поэтому двухлучевой анализатор и концентратомер нефтепродуктов позволяют определять общее содержание, как легких, так и тяжелых углеводородов.
3.1. Загрязнение атмосферы.
Запах нефтепродуктов в виде паров бензина, а также продуктов его неполного сгорания известен каждому. Острые случаи отравления парами нефтепродуктов достаточно редки. Хроническое их воздействие не относится к факторам, улучшающим здоровье. И хотя оно, как правило, не дает острых и очевидных эффектов, местное население, вынужденное вдыхать в себя эти ароматы, достаточно активно протестует. Типичными ситуациями являются окрестности нефтеперегонных заводов, нефтехранилищ, нефтебаз, бензоколонок, автохозяйств, крупных автостоянок.
Гораздо более серьезные проблемы появляются при возникновении ситуации, когда взаимодействие летучих углеводородов, входящих в состав нефти и нефтепродуктов, окислов азота и ультрафиолетового излучения приводит к образованию смога. В таких случаях количество серьезно пострадавших может составлять тысячи человек.
3.2. Загрязнение вод.
Наиболее яркими и общеизвестными случаями печальных последствий воздействия нефти и нефтепродуктов на окружающую природную среду, является загрязнение вод. Самый тяжелый случай - мощное загрязнение толстым слоем в местах разливов нефти. Это может произойти при авариях танкеров и разрывов на трубопроводах. Жуткие картины утонувших в нефти животных и птиц многократно демонстрировались в средствах массовой информации. В случае если они не гибнут от удушья и не тонут, жить в сильно загрязненном нефтью состоянии они не смогут, из-за затруднения способности двигаться и утраты меховым и перьевым покровом терморегулирующих функций.
В ряде случае толстый слой нефтепродуктов на водной поверхности может оказаться огнеопасным. Известны случаи загорания прудов отстойников на нефтеперерабатывающих заводах. Нефть и нефтепродукты способны растекаться по поверхности воды тонким слоем, покрывая огромные поверхности. Все видели радужные пленки нефти на поверхности дождевых потоков, стекающих с поверхности автодорог. Такие пленки резко затрудняют поступление кислорода из атмосферы и понижают его содержание в воде. Кроме того, нефтепродукты в воде оказывают прямое токсическое действие на рыбу, резко ухудшают ее вкусовые качества. Плавающие длительное время по воде животные и птицы за счет такой пленки могут собрать на себе достаточное количество нефтепродуктов, чтобы это привело к серьезному загрязнению меха и перьев.
3.3. Загрязнение грунтов.
В отличие от воды, нефть, как правило, не образует больших растеканий по поверхности почвы. Определенную опасность представляет вариант загорания пропитанных нефтью и нефтепродуктами грунтов.
Основные же экологические проблемы при попадании нефти на землю связаны с грунтовыми водами. После просачивания до их поверхности, нефть и нефтепродукты начинают образовывать плавающие на воде линзы. Эти линзы могут мигрировать, вызывая загрязнение водозаборов, поверхностных вод. Одним из наиболее крупных примеров такого рода является ситуация в окрестностях Грозного в Чечне, под которым на глубине несколько метров образовалась огромная линза нефти и нефтепродуктов. Аналогичные проблемы отмечаются в окрестностях ряда нефтеперерабатывающих заводов, нефтебаз, военных аэродромов.
