Методы восстановления нефтезагрязненных территорий

Содержание

Введение

1. Влияние нефти и нефтепродуктов  на окружающую природную среду

2. Методы оценки нефтяного  загрязнения почв

2.1 Нормирование загрязнения  почв нефтью и нефтепродуктами

2.2 Методы контроля

3. Методы восстановления  нефтезагрязненных почвенных экосистем

3.1 Классификация методов  рекультивации почв, загрязненных  нефтью и нефтепродуктами

3.2 Основные подходы и  роль биоремедиации в восстановлении нефтезагрязненных почв

3.3 Микроорганизмы-деструкторы  нефти и нефтепродуктов

3.4 Трансформация нефти  в почве микробиологическим препаратом  и дождевыми червями

3.5 Методы рекультивации основанные на интенсификации процессов самоочищения

Заключение

Список использованной литературы

 

 

Введение

Нефть является одним из основных факторов мирового экономического развития в 20 веке и остается важнейшим  энергоресурсом на обозримое будущее. Относительно невысокие цены на нефть  и нефтепродукты при больших  объемах их потребления, отсутствие адекватной создаваемой угрозе политики по охране окружающей среды приводили  к весьма значительным потерям, последствиями  которых явились загрязнения  почв и грунтов.

Нефтяное загрязнение  – как по масштабам, так и по токсичности представляет собой  общепланетарную опасность. Нефть и нефтепродукты вызывают отравление, гибель организмов и деградацию почв. Естественное самоочищение природных объектов от нефтяного загрязнения - длительный процесс, особенно в условиях Сибири, где долгое время сохраняется пониженный температурный режим. Поэтому исключительную актуальность приобретает проблема рекультивации нефтезагрязненных почв.

В настоящее время одной  из наиболее перспективной технологии очистки нефтезагрязненных почв считается интродуцирование в почву различных комплексов микроорганизмов, отличающихся повышенной способностью к биодеструкции тех или иных углеводородных компонентов нефти и нефтепродуктов.

В природных условиях биотрансформация нефти и нефтепродуктов осуществляется под воздействием комплекса самых различных групп организмов. Особое внимание уделяется исследованиям по совместному влиянию представителей двух смежных трофических уровней: микроорганизмов и дождевых червей на элиминирование нефти в почве.

Целью дипломной работы является рассмотрение методов и способов обезвреживания нефтезагрязненных субстратов.

 

 

1. Влияние нефти и  нефтепродуктов на окружающую  природную среду

Нефть, продукты ее переработки и  газоконденсаты оказывают отрицательное воздействие на воздух, воду и почву. Предприятия топливно-энергетического комплекса России, в том числе – по добыче и переработке нефти, не смотря на снижение объемов производства, остаются крупнейшим в промышленности источником загрязнителей окружающей среды. На их долю приходится около 48% выбросов вредных веществ в атмосферу, 27% сброса загрязненных сточных вод, свыше 30% твердых отходов и до 70% общего объема парниковых газов (Абросимов, 2002).

Одна из серьезных глобальных проблем  – загрязнение почвенного покрова  нефтью и нефтепродуктами. Решение  проблемы очистки почвенного покрова  от загрязнений нефтью, разработка новых и совершенствование существующих технологий восстановления нефтезагрязненных земель, относится к числу приоритетных.

Экологические проблемы начинаются уже  на стадии добычи нефтяного сырья  и его поставки на предприятия. Наиболее характерными загрязнителями окружающей среды являются углеводороды (44,9% от суммарного выброса), оксид углерода (47,4%) и различные твердые вещества (4,3%). Не менее острые проблемы возникают  при транспортировке нефти на нефтеперерабатывающие предприятия. Нефть транспортируется по трубопроводам, подверженным коррозии, отложениям смол и парафинов внутри труб. Ежегодно происходит более 60 крупных аварий и около 20 тыс. случаев, сопровождающихся значительными разливами нефти, попаданием ее в водоемы, гибелью  людей, большими материальными потерями (Абросимов, 2002).

 

 

2. Методы оценки  нефтяного загрязнения почв

2.1 Нормирование  загрязнения почв нефтью и  нефтепродуктами

Выработка методологии борьбы с загрязнением окружающей среды  нефтью и нефтепродуктами крайне сложное дело. Реакция почв на загрязнение  нефтью, их чувствительность к этим загрязнителям отличаются в разных почвенных зонах, также в пределах сопряженных ландшафтов.

Предельно допустимые концентрации нефтяных загрязнений в почвах зависят  от вида нефтепродуктов (НП) и составляет для почвы 0,1 мг/кг. Однако ПДК суммарного содержания нефтепродуктов в почве  не стандартизовано; установлены ПДК  для некоторых видов нефтепродуктов: бензол – 0,3 мг/кг, толуол – 0,3 мг/кг, ксилол – 0,3 мг/кг (Саксонов и др., 2005).

2.2 Методы контроля

При количественных оценках  уровня нефтяных загрязнений наибольшее распространение получили методы инфракрасной спектрофотометрии, ультрафиолетовой люминесценции, газовой и газожидкостной хроматографии.

Существующие люминесцентные методы оценки нефтяного загрязнения  характеризуются высокой экспрессностью и чувствительностью. Они позволяют определять микроэлементы, а также суммарное содержание загрязняющих органических веществ и индивидуальных органических соединений.

Наиболее перспективными для мониторинга нефтепродуктов с одновременной идентификацией и расшифровкой химического состава  являются методы газовой, газожидкостной или высокоэффективной жидкостной хроматографии. Наиболее распространён  газохроматографический метод, особенно в сочетании с ИК-спектрометрией, позволяющий определять индивидуальные компоненты в смеси нефтепродуктов, что делает этот метод анализа незаменимым при установлении источника загрязнения почв, идентификации веществ нефтяного происхождения в процессе биодеградации, при исследовании процессов разрушения нефтепродуктов.

Однако при выполнении массовых анализов его использование  ограничено низкой производительностью  и высокой стоимостью аналитических  работ.

К настоящему времени создано  множество методик и приборов для экологического мониторинга  нефтей и нефтепродуктов. Однако вопрос о разработке наиболее оптимальных методов их определения и идентификации нельзя считать закрытым, поскольку у каждого метода есть свои преимущества и недостатки. К тому же, само понятие «нефтепродукт» весьма расплывчато, особенно с учётом непостоянства и разнообразия состава нефтей и нефтепродуктов. Необходим мониторинг нефтепродуктов с одновременной идентификацией и расшифровкой его химического состава.

 

3. Методы восстановления  нефтезагрязненных почвенных экосистем

Нефтяное загрязнение  отличается от многих других антропогенных  воздействий тем, что оно дает не постепенную, а, как правило, «залповую» нагрузку на среду, вызывая быструю  ответную реакцию. При оценке последствий  такого загрязнения не всегда можно  сказать, вернется ли экосистема к устойчивому  состоянию или будет необратимо деградировать. Во всех мероприятиях, связанных с ликвидацией последствий  загрязнения, с восстановлением  нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем тот, который  уже нанесен при загрязнении. Суть восстановления загрязненных экосистем  – максимальная мобилизация внутренних ресурсов экосистемы на восстановление своих первоначальных функций. Самовосстановление и рекультивация представляют собой  неразрывный биогеохимический процесс.

Естественное самоочищение природных объектов от нефтяного  загрязнения - длительный процесс, особенно в условиях Сибири, где долгое время  сохраняется пониженный температурный  режим. В связи с этим, разработка способов очистки почвы от загрязнения  углеводородами нефти – одна из важнейших задач при решении  проблемы снижения антропогенного воздействия  на окружающую среду.

3.1  Классификация методов рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами

Рекультивация земель –  это комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности и  хозяйственной ценности нарушенных и загрязненных земель. Задача рекультивации – снизить содержание нефтепродуктов и находящихся с ними других токсичных веществ до безопасного уровня, восстановить продуктивность земель, утерянную в результате загрязнения (Реймерс, 1990). В настоящее время разработан ряд методов ликвидации нефтяных загрязнений почвы, включающие механические, физико-химические, биологические методы (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Методы ликвидации нефтяных загрязнений почвы (Колесниченко, 2004).

Методы	Способы ликвидации	Особенности применения
Механи-ческие	Обвалка загрязнения, откачка  нефти в ёмкости	Первичные мероприятия при  крупных разливах при наличии  соответствующей техники и резервуаров (проблема очистки почвы при просачивании нефти в грунт не решается)
	Замена почвы	Вывоз почвы на свалку для  естественного разложения
Физико-химические	Сжигание	Экстренная мера при угрозе прорыва нефти в водные источники. В зависимости от типа нефти и  нефтепродукта уничтожается от 50 до 70% разлива, остальная часть просачивается  в почву. Из-за недостаточно высокой  температуры в атмосферу попадают продукты возгонки и неполного окисления  нефти; землю после сжигания необходимо вывозить на свалку
	Предотвращение возгорания	При разливе легковоспламеняющихся  продуктов в цехах, жилых кварталах, на автомагистралях, где возгорание опаснее загрязнения почвы; изолируют  разлив сверху противопожарными пенами или засыпают сорбентами
	Промывка почвы	Проводится в промывных  барабанах с применением ПАВ, промывные воды отстаиваются в гидроизолированных прудах или ёмкостях, где впоследствии проводятся их разделение и очистка
	Дренирование почвы	Разновидность промывки почвы  на месте с помощью дренажных  систем; может сочетаться с использованием нефтеразлагающих бактерий
	Экстракция растворителями	Обычно проводится в промывных  барабанах летучими растворителями с последующей отгонкой их остатков паром
	Сорбция	Разливы на сравнительно твёрдой  поверхности (асфальт, бетон, утрамбованный  грунт) засыпают сорбентами для поглощения нефтепродукта и снижения пожароопасности при разливе легковоспламеняющихся продуктов
	Термическая десорбция	Проводится редко при  наличии соответствующего оборудования, позволяет получать полезные продукты вплоть до мазутных фракций
Биологические	Биоремедиация	Применяют нефтеразрушающие микроорганизмы. Необходима запашка культуры в почву. Периодические подкормки растворами удобрений, ограничение по глубине обработки, температуре почвы (выше 15ºС), процесс занимает 2-3 сезона
	Фиторемедиация	Устранение остатков нефти  путём высева нефтестойких трав (клевер ползучий, щавель, осока и др.), активизирующих почвенную микрофлору, является окончательной стадией рекультивации загрязнённых почв

До недавнего времени  наиболее распространенным и дешевым  методом ликвидации нефтяного загрязнения  было простое сжигание. Этот способ неэффективен и вреден по двум причинам: 1) сжигание возможно, если нефть лежит  на поверхности густым слоем или  собрана в накопители, пропитанные  ею почва или грунт гореть не будут; 2) на месте сожженных нефтепродуктов продуктивность почв, как правило, не восстанавливается, а среди продуктов  сгорания, остающихся на месте или  рассеянных в окружающей среде, появляется много токсичных, в частности  канцерогенных веществ (Гриценко, Акопова, 1997).

Очистка почв и грунтов  в специальных установках путем  пиролиза или экстракции паром дорогостояща и малоэффективна для больших  объемов грунта. Требуются большие  земляные работы, в результате чего нарушается естественный ландшафт, а  после термической обработки  в очищенной почве могут остаться новообразованные полициклические  ароматические углеводороды – источник канцерогенной опасности (Пиковский, 1993).

Землевание замедляет  процессы разложения нефтяных углеводородов, приводит к образованию внутрипочвенных  потоков нефти, пластовой жидкости и загрязнению грунтовых вод. Складирование загрязненной почвы  создает очаги вторичного загрязнения.

Существует технология очистки  почв и грунтовых вод путем  промывания их поверхностно-активными  веществами. Этим способом можно удалить  до 86% нефти и нефтепродуктов. Применять  его в широких масштабах вряд ли целесообразно, так как поверхностно-активные вещества сами загрязняют среду и появится проблема их сбора и утилизации (Пиковский, 1993).

3.2 Основные подходы  и роль биоремедиации в восстановлении нефтезагрязненных почв

Существующие механические, термические и физико-химические методы очистки почв от нефтяных загрязнений  дорогостоящи и эффективны только при  определенном уровне загрязнения (как  правило, не менее 1% нефти в почве), часто связаны с дополнительным внесением загрязнения и не обеспечивают полноты очистки. В настоящее  время наиболее перспективным методом  для очистки нефтезагрязненных почв, как в экономическом, так и в экологическом плане является биотехнологический подход, основанный на использовании различных групп микроорганизмов, отличающихся повышенной способностью к биодеградации компонентов нефтей и нефтепродуктов (Логинов и др., 2000). Способность утилизировать трудноразлагаемые вещества антропогенного происхождения (ксенобиотики) обнаружена у многих организмов. Это свойство обеспечивается наличием у микроорганизмов специфических ферментных систем, осуществляющих катаболизм таких соединений. Поскольку микроорганизмы имеют сравнительно высокий потенциал разрушения ксенобиотиков, проявляют способность к быстрой метаболической перестройке и обмену генетическим материалом, им придается большое значение при разработке путей биоремедиации загрязненных объектов.