Нефтяные загрязнения болот и их очистка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт стратегических исследований Республики Башкортостан

Нефтяные загрязнения болот и их очистка

И.Ю. Хасанов, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

Многие месторождения нефти Российской Федерации, а также ряда зарубежных стран приурочены к болотам, заболоченным и пойменным территориям. Известно, что при добыче, транспортировке нефти и нефтепродуктов в РФ из-за разливов наблюдаются их существенные потери (до 7%) и негативное влияние на окружающую среду.

Отмечается, что из-за особо сложных условий сбора разлитой нефти и ее производных на таких территориях (непроходимость для обычной техники, низкие температуры, высокая вязкость деградированной нефти и др.) технологии, которые применяются для сбора и удаления нефти с воды и суши, за редким исключением, не могут быть применены. Используемые в Российской Федерации технологии сбора и удаления разлитой нефти с болот энергозатратны, длительны, не щадят деятельный слой болота. Они заключаются в разделении территории разлива на участки рытьем траншей с прокладкой дорог, в соскребывании и смыве нефти в эти траншеи с последующим сбором остатков. Иногда участок загрязнения обрабатывается суспензией биопрепарата после удаления основной части нефти с дальнейшим регулярным орошением водой участка. Зарубежные способы очистки болот от нефти крайне длительны, дороги и основаны главным образом на использовании ручного труда.

В таких условиях разработка технологии способа очистки болот от углеводородов имеет высокую актуальность.

В статье предлагается современная высокоэффективная технология очистки болот от нефти со значительно лучшими технико-экономическими и экологическими характеристиками по сравнению с существующими.

Ключевые слова: болота, нефтяное загрязнение, способы и средства очистки, действующие технологии, новая технология очистки болот

I.Y. Khasanov

OIL POLLUTION OF SWAMPS AND THEIR CLEANING

Many oil fields in the Russian Federation, as well as in some other countries are confined to swamps, wetlands and floodplain areas. It is known that in Russia oil and petroleum products during their recovery and transportation are often spilled and their considerable losses (up to 7%) exert negative impact on the environment.

As is noted, technologies used for oil collection and removal from water and land are inapplicable, with only a few exceptions, because of extremely difficult conditions for collecting oil and its derivatives in such areas (inaccessibility to conventional equipment, low temperatures, high viscosity of old oil).

Technologies used in the Russian Federation for oil collection and removal from swamps are energy-intensive, take too much time and damage the active layer in swamp. They imply the subdivision of spilled areas into portions by digging trenches with road construction, scraping and flushing oil into these trenches and then collecting the remains. Sometimes the contaminated site is treated with suspension of a biological agent after the main part of the oil is removed followed by regular irrigation of the site with water. Foreign methods of cleaning swamps from oil are very time-consuming, expensive and based mainly on using manual labour.

Under such conditions, the development of the technology for cleaning swamps from hydrocarbons is highly urgent.

The article suggests a state-of-the-art highly efficient technology for cleaning swamps from oil with much better technical, economic and environmental characteristics compared to the existing ones.

Key words: swamps, oil contamination, cleanup methods and facilities, existing technologies, new technology for cleaning swamps

Введение

Площадь болот мира оценивается приблизительно в 6,41*106 кмНефтедобыча не в ущерб экологии // сетевой ресурс ПоАад. ги. 2012. URL: http://infoflag.ru/htmlpages/Show/Arxivgazety Znamya/2012god/415907ot20aprelya2012 / (дата обращения: 18.06.2019)., из них больше половины, около 3,69*106 км², в Российской Федерации [1]. К болотам, заболоченным землям и пойменным территориям приурочены основные месторождения нефти Российской Федерации (Томская область, Ханты-Мансийский автономный округ, Тимано-Печор- ский бассейн, Восточная Сибирь, Якутия, Камчатская и Сахалинская области). В Бразилии, США, Нигерии, Танзании, Эквадоре и ряде других стран осуществляется нефтедобыча в болотах и заболоченных местностях. Рассматривая нефтегазоносные площади на карте минеральных ресурсов мира, также можно оценить, что в основном они расположены на берегах водных объектов, зачастую заболоченных местностях - бассейнах рек и шельфовых зонах морей.

Добыча, транспортировка и перевозка нефти и нефтепродуктов относятся к рисковым производствам и неизменно сопровождаются разливами. По разным оценкам суммарные потери продукции при добыче и транспорте нефти могут достигать от 3 до 7%, причем около 70% из них приходится на Ханты-Мансийский и Ямало-Ненецкий автономные округа, где заболоченность территорий составляет порядка 70% [2]. Поэтому сегодня болота, занимаемые объектами добычи и транспорта нефти и нефтепродуктовДалее под словом «нефть» подразумеваются и нефтепродукты, характеризуются значительными нефтяными загрязнениями. Фотография кустарникового болота с типичным для Западной Сибири нефтяным разливом представлена на рис. 1.

Рис. 1. Фотография типичного нефтяного разлива в болоте

По данным крупной независимой нидерландской консалтинговой компании ЩАСО, занимающейся экологическими исследованиями, от 700 до 840 тыс. га площадей в Западной Сибири загрязнено нефтью [3]. Концентрация нефтяных углеводородов в почвах ряда районов Тюменской и Томской областей превышает фоновые значения в 150-300 раз, а на некоторых участках концентрация нефти достигла огромного показателя - до 100 г на 1 кг почвы [4].

Общее количество аварий в Российской Федерации при добыче и транспорте нефти составляет около 25 000 в год [5], в т. ч. более 5400 разливов нефти на болотах. Точная статистика по разливам в Российской Федерации отсутствует. Из отчетности нефтяных компаний видно скрытие как самого разлива, так и его масштабов [6]. Следовательно, реальное количество разливов нефти значительно больше.

С учетом того, что перевозка нефти между континентами осуществляется в основном танкерным флотом, аварии на которых также не редкость, а часть разлитой при этом нефти прибивается к берегам, количество территорий с нефтяными загрязнениями, очевидно, больше. Например, из-за штормового ветра и волнения моря в Керченском проливе в результате аварии вылилось 1300 т мазута, с побережья собрано 17 т смеси водорослей и мазута [7].

Рис. 2. Фотография процесса рекультивации болот фрезерованием²

Рис. 3. Панорама рекультивированного участка через 4 года³

Ввиду особо сложных условий сбора разливов нефти с болот (непроходимость для обычной техники, низкие температуры, высокая вязкость застарелой нефти и др.) способы и средства, которые применяются для сбора и удаления нефти с воды и суши, за редким исключением, не могут быть применены. Поэтому в настоящее время лишь небольшая часть разлитой нефти с болот собирается вакуумными установками и нефтесборщиками, в основном же нефть не собирается, а сжигается со всей растительностью и живностью или, если поверхность болот позволяет, «хоронится» посредством вспашки или фрезерования, если нет - засыпается привезенным грунтом или песком [2]. Сжигание нефтяного разлива недопустимо [8], другие методы рекультивации - вспашка, засыпка привозным грунтом и песком - крайне неэффективны, разрушительны, нарушают болотный биоценоз на десятилетия. Учеными доказано, что главным условием при сборе нефтяного разлива должно стать сохранение корней растительности и целостности каркаса деятельного слоя болот.

В данной работе приведены результаты изучения и оценки состояния загрязнений и очистки болот от нефти. На этой основе предложена рациональная технология сбора и удаления разлитой нефти с болот с обеспечением условий сохранения целостности слоя поверхности и корневой системы растительности.

Объекты и методы

Как утверждает Международный научный центр технологий при ООН, эффективного способа очистки почв и болот от нефти в климатических условиях Крайнего Севера до сих пор не существует [4]. Отсутствие удовлетворительных технологий сбора и возвращения в полезный оборот разлитой нефти с болот привело к тому, что в течение десятилетий нефтяные компании безвозвратно теряют многие миллионы тонн уже добытой нефти, несут убытки на разработку и изготовление вредного для болот технического средства фрезерования болотного массива - устройства перемешивания болотной почвы с нефтью, с помощью которого «хоронят» на месте разлившуюся нефть. Процесс фрезерования болот и его результат через 4 года показаны на рис. 2 и 3.

В большинстве случаев эти технологии сопровождаются разрушением деятельного слоя болот, приводят к гибели микрофлоры, способствуют распространению нефти вглубь и ухудшению воздушно-водного режима торфяного слоя. Это очевидные результаты подобной рекультивации.

В настоящее время в Российской Федерации применяются энергозатратные и длительные по времени технологии сбора и удаления разлитой нефти, не щадящие деятельный слой болот. Они заключаются в разделении участка разлива на отдельные полосы рытьем траншей и амбаров, затем в очистке различными приспособлениями нефти с поверхности и смыве ее водой под высоким напором в траншеи. Накопившуюся в траншеях водонефтяную эмульсию собирают и вывозят.

Относительно менее трудозатратным, но также экологически несовершенным решением по очистке болотных земель от нефтяного загрязнения представляется технология, разработанная ООО «ВНИИГАЗ» совместно с ЗАО «БИОТЭК-Япония» [9].

Очистка болот от нефтяного разлива по этой технологии содержит следующие последовательно выполняемые этапы работ: ограничение загрязненного нефтью участка; подготовка траншей шириной от 1 до 2 м; обвалование траншей; смыв нефти в подготовленные траншеи; обработка суспензией биопрепарата после сбора избыточной нефти. При возможности производят искусственный подъем поверхностных вод внутри обвалованного участка для более качественного удаления нефти.

Всю площадь загрязненного участка обвалованиями и траншеями разбивают на сектора, векторная схема которых ориентируется в соответствии с розой господствующих ветров и рельефом местности. Смыв нефти производят в искусственно созданные траншеи. Для сбора плавающей нефти из последних используют известные нефтесборщики.

По окончании сбора избыточной нефти приступают к обработке участка рабочей суспензией биопрепарата. При этом ставится условие необходимости обеспечения регулярного дождевания, смыва остатков нефти и барботажа воздухом загрязненного объема воды.

Другим узаконенным в Российской Федерации решением по очистке болот от нефтяного разлива является технология ТОО СПАСФ «Природа» [10]. По этой технологии локализацию и сбор разлитой нефти осуществляют в следующей последовательности. Участок аварийного разлива, как и в приведенной выше технологии, разделяют на сектора при помощи дамб, которые служат дорогой для техники. Ширина полос между дамбами задается исходя из возможностей тракторных лебедок. Вдоль дамб роют траншеи, нефть, находящуюся между двумя дамбами, соскребают с поверхности болота в эти траншеи. Летом для очистки используют драгу, представляющую собой заглушенную по концам трубу с возможностью изменения веса, следовательно, давления на поверхность. В зимний период очистка производится скребками. Оставшуюся внутри огражденных участков нефть смывают в траншеи, откуда ее забирают известными способами.

В зарубежной практике при очистке болот от нефтяных разливов используют технологии, незначительно отличающиеся от приведенных выше [11]. Различия заключаются в более широком использовании ручного труда и в упоре на естественную очистку с учетом климатических факторов.

В зависимости от доступности подхода к участкам нефтяного разлива очистка осуществляется в три стадии.

Доступные места. В первой стадии при помощи известных средств откачивают толстые слои нефти из луж в различные емкости. Во второй стадии проводят ручной сбор и смывание водой. Третья стадия заключается в естественной очистке под воздействием следующих факторов - выветривания, окисления и биодеградации нефти. Если нефть проникает в мелкодисперсный анаэробный ил либо разлита на мелководье с низкой интенсивностью водообмена, процесс разложения ее происходит очень медленно, в течение многих лет.

Недоступные места. На первой стадии проводят очистку вручную и вручную с использованием сорбентов. Вторая стадия - естественная очистка и очистка вручную. На третьей стадии - только естественная очистка.

Бесспорно, большим преимуществом ручной и естественной очистки является сохранение целостности деятельного слоя массива и корневой системы болот. В то же время данная технология крайне дорогая, в основном базируется на малопродуктивном, малопроизводительном, вредном здоровью труде персонала, приобщенного к очистным работам, и применима, очевидно, в зонах с теплым климатом. Как известно, при очист ке берегов Мексиканского залива от нефти, разлитой при аварии на буровой платформе более 10 лет назад, приняли участие десятки тысяч человек. По истечении 7 лет в болотах штата Луизиана очистные работы от прибитой нефти еще продолжались [12], выполнены они лишь на немногим более половины территории. болото рекультивация фрезерование нефть

Таблица. Сопоставительная оценка действующих и новой технологий очистки болот от разлитой нефти

^a определена методом экспертных оценок

Результаты и обсуждение

В результате проведенных исследований предложена технология, построенная на принципиально новом подходе к очистке болот от нефти [13]. Она основана на использовании механизированного комплекса на шасси отечественного болотоходаОписание конструкции механизированного комплекса, основных его узлов и модификаций будет представлено в следующих работах с малым давлением на болотный массив для сохранения целостности деятельного слоя и корневой системы и предназначается для очистки кустарниковых, торфовых и моховых болот от нефтяных разливов.

Технология включает механизированную с последовательно-непрерывным обогревом очистку и сбор нефти на ширину отжимающего устройства. Для улучшения реологических свойств отжимаемой нефти с целью повышения степени очистки от загрязнения прогрев производится до температур, при которых сохраняется корневая система болотной растительности. В процессе применения предлагаемой технологии осуществляется:

а) непрерывный отжим с вымыванием подготовленной водой нефти, впитавшейся в болотную растительность и каркас деятельного слоя болота внутри локализованного участка без нарушения деятельного слоя болота;

б) сбор разлитой нефти, улучшив реологические свойства полученной нефтеводяной смеси подогревом внутри локализованного участка нефтесборным устройством с обогревом; в) разделение нефтеводяной смеси и удаление собранной нефти на нефтесборник; г) равномерное дозированное нанесение биологически разлагаемого сорбента устройством, установленным на болотоход, на всю ширину локализованной полосы, очищенной от нефти до остаточного содержания не более 5% массовых в сравнении с первоначальным содержанием.

Она свободна от недостатков применяемых ныне технологий сбора и удаления нефти с болот, так как отпадает необходимость: а) разделять на сектора загрязненный нефтью участок болота; б) рыть в болоте траншеи и амбары для смыва разлившейся нефти и разрушать целостность деятельного слоя болота; в) строить насыпные дороги вдоль траншей для работы техники; г) использовать мощные мотопомпы для смыва нефтяного разлива в траншеи и расходовать в больших количествах воду. По различным оценкам, количество необходимой воды для смыва одной тонны нефти с площади 100 м² колеблется от 60 до 120 м³, причем подогретой не ниже 30 ⁰С; д) сооружать - рыть и обваловывать - специальные амбары; е) очищать и обратно засыпать траншеи и амбары. Кроме того, не остаются неочищенные полосы и участки в болоте, исключается повторное загрязнение участков, перетока нефти в уже очищенную поверхность.

Сопоставительная оценка применяемых технологий, выполненная по известным данным, и новой технологии очистки болот от нефти приведена в таблице. Данные таблицы показывают неоспоримые преимущества новой технологии по сравнению с действующими по всем четырем критериям оценки.

Заключение

Изучение литературных данных показало, что в результате многочисленных аварийных разливов в процессах добычи, транспортировки и перевозки нефти загрязнены большие территории болот в Российской Федерации и других странах мира. Анализ существующих способов очистки болот от нефтяных разливов выявил, что в настоящее время в мире не существует удовлетворительных технологий и оборудования для сбора и удаления нефти с болот.

В результате проведенных исследований предложена технология очистки кустарниковых, торфяных и моховых болот от разлитой нефти, свободная от недостатков существующих технологий:

- сохраняется целостность деятельного слоя болота;

- отпадает необходимость в рытье траншей, амбаров для сбора нефти, прокладки дорог вдоль траншей для работы техники;

- значительно снижается потребность в воде для смыва нефти и др.

Кроме того, не остаются не очищенными полосы и загрязненные участки в болоте, исключается повторное загрязнение очищенных участков перетоками нефти.

Литература

1. Заварзин Г.А. Цикл углерода в природных экосистемах России // Природа. 1994. № 7. С. 15-18.

2. Разливы нефти растут быстрее, чем добыча. Настоящее и будущее биоремедиации почв / Мурыгина В.П., Маркарова М.Ю., Трофимов С.Я., Гайдамака С.Н. // Экология и жизнь : Сетевой научнопопулярный и образовательный журн. 2014. URL: http://www.ecolife.ru/zhurnal/articles/27583 / (дата обращения: 17.06.2019).

3. Технологии восстановления почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами: Справочник. М.: РЭ- ФИА, НИА-Природа, 2003. 258 с.

4. Сапожников П. Грязная работа. Чтобы убрать за собой, нефтекомпаниям потребуется 100 лет // Коммерсантъ. 2004. 10 февраля. URL: http:// www.kommersant.ru/doc/448034 (дата обращения: 18.06.2019).

5. Министр природных ресурсов и экологии РФ Сергей Донской // Российское информационное агентство «Индустрия безопасности». 2014. URL: http://tek.securitymedia.ru/publication_one_ 30.html (дата обращения: 18.06.2019).

6. Рудницкий Л. Топят по черному. 5 000 000 тонн разлитой нефти ежегодно загрязняют Россию // сетевое издание «Версия». 2013. URL: https://versia.ru/5-000-000-tonn-razlitoj-nefti- ezhegodno-zagryaznyayut-rossiyu (дата обращения: 18.06.2019).

7. Разлив нефти в Керченском проливе // сетевой ресурс «Biofile». URL: http://biofile.ru/geo/24123. html (дата обращения: 18.06.2019).

8. Почва - живой организм // сетевой ресурс «Medn». URL: https://medn.ru/rasteniy/obshhie- svedeniya-o-rasteniyax/pochvazhivoj/ (дата обращения: 18.06.2019).

9. ВРД 39-1.13-056-2002 Технология очистки различных сред и поверхностей, загрязненных углеводородами. Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - «ВНИИГАЗ» (ООО «ВНИИГАЗ») совместно с закрытым акционерным обществом «БИОТЭК-Япония» (ЗАО «БИОТЭК-Япония»).

10. Курченко А.Б. Технология очистки от нефтяного загрязнения и ускоренного восстановления болотных земель // портал «Neftegaz.ru». URL: https:// neftegaz.ru/science/ecology/332120-tekhnologiya- ochistki-ot-neftyanogo-zagryazneniya-i- uskorennogo-vosstanovleniya-bolotnykh-zemel / (дата обращения: 18.06.2019).

11. Очистка береговой линии от нефти. ITOPF. Технический информационный документ 7.

12. Ликвидация разлива нефти в Мексиканском заливе // сетевой ресурс «Ecowars». URL: http:// ecowa rs.tv/info/8154-likvidaciya-razliva-nefti- v-meksikanskom-zalive.html (дата обращения: 18.06.2019).

13. Способ очистки болот от нефти и нефтепродуктов / Хасанов И.Ю., Алимбеков И.А., Амиров Р.А., Докичев В.А. // Патент RU 2620093 С2. Заявка 2015146096, 27.10.2015. Дата публикации 05.05.2017. Бюл. № 13.

References

1. Zavarzin G.A. Tsikl ugleroda v prirodnykh ekosiste- makh Rossii [The carbon cycle in natural ecosystems of Russia]. Priroda - Nature, 1994, no. 7, pp. 15-18. (In Russian).

2. Murygina V.P., Markarova M.Yu., Trofimov S.Ya., Gaydamaka S.N. Razlivy nefti rastut bystree, chem dobycha. Nastoyashchee i budushchee bioremedi- atsii pochv [Oil spills grow faster than production. Present and future soil bioremediation]. Ekologiya i zhizn - Ecology and Life. Network popular science and educational journal, 2014. Available at: http:// www.ecolife.ru/zhurnal/articles/27583/ (accessed June 17, 2019). (In Russian).

3. Tekhnologii vosstanovleniya pochv, zagryaznen- nykh neftyu i nefteproduktami [Technologies for the recovery of soils contaminated with oil and petroleum products]. Handbook. Moscow, REFIA, NIA-Nature, 2003. 258 p. (In Russian).

4. Sapozhnikov P. Gryaznaya rabota. Chtoby ubrat za soboy, neftekompaniyam potrebuetsya 100 let [Dirty work. To cleanup after themselves, oil companies will need 100 years]. «Kommersant» - Businessman, 2014, February 10. Available at: http:// www.kommersant.ru/doc/448034 (accessed June 18, 2019). (In Russian).

5. Ministr prirodnykh resursov i ekologii RF Sergey Donskoy [Minister of Natural Resources and Environment of the Russian Federation Sergey Donskoy]. Industriya bezopasnosti - Security Industry, 2014. Available at: http://tek.securitymedia.ru/ publication_one_30.html (accessed June 18, 2019). (In Russian).

6. Rudnitsky L. Topyat po-chernomu. 5.000.000 tonn razlitoy nefti ezhegodno zagryaznyayut Rossiyu [The black stoke. 5,000,000 tons of spilled oil annually pollutes Russia]. Versiya - Version. Available at: https://versia.ru/5-000-000-tonn-razlitoj-nefti- ezhegodno-zagryaznyayut-rossiyu (accessed June 18, 2019). (In Russian).

7. Razliv nefti v Kerchenskom prolive [Oil spill in the Kerch Strait]. Network share "Biofile". Available at: http://biofile.ru/geo/24123.html (accessed June 18, 2019). (In Russian).

8. Pochva - zhivoy organism [Soil is a living organism]. Network share "Medn". Available at: https://medn. ru/rasteniy/obshhie-svedeniya-o-rasteniyax/po- chvazhivoj/ (accessed June 18, 2019). (In Russian).

9. WFD 39-1.13-056-2002. Tekhnologiya ochistki ra- zlichnykh sred i poverkhnostey, zagryaznennykh uglevodorodami [Cleanup technology for various environments and surfaces polluted with hydrocarbons]. Research Institute of Natural Gases and Gas Technologies VNIIGAZ in collaboration with Closed Joint Stock Company BIOTEK-Japan. (In Russian).

10. Kurchenko A.B. Tekhnologiya ochistki ot neftya- nogo zagryazneniya i uskorennogo vosstanov- leniya bolotnykh zemel [Cleanup technology from oil spills and rapid recovery of marsh lands]. Portal "Neftegaz.ru". Available at: https://neftegaz.ru/ science/ecology/332120-tekhnologiya-ochistki-ot- neftyanogo-zagryazneniya-i-uskorennogo-voss- tanovleniya-bolotnykh-zemel/ (accessed June 18, 2019). (In Russian).

11. Ochistka beregovoy linii ot nefti [Cleaning the coastline from oil]. ITOPF. Technical information document 7. (In Russian).

12. Likvidatsiya razliva nefti v Meksikanskom zalive [Gulf of Mexico oil spill response]. Network share "Ecowars". Available at: http://ecowars.tv/info/8154- likvidaciya-razliva-nefti-v-meksikanskom-zalive. html (accessed June 18, 2019). (In Russian).

13. Khasanov I.Yu., Alimbekov I.A., Amirov R.A., Do- kichev V.A. Sposob ochistki bolot ot nefti i neft- eproduktov [Method of cleaning swamps from oil and petroleum products]. Patent RU 2620093 C2. Application 2015146096, 10.27.2015. Publication date May 5, 2017. Bulletin 13. (In Russian).

Размещено на Allbest.ru