диплом иниг. сибирский федеральный университет Институт нефти и газа Кафедра Топливообеспечение и горючесмазочные материалы
 Скачать 2.05 Mb.
|
3.1 Проблемы, связанные с неэффективной эксплуатацией очистных сооруженийВещества, которые загрязняют реки, озера и водохранилища, вносят огромные изменения в установившийся режим и нарушают состояние равновесия водных систем. Водоемы способны к самоочистке, с помощью биохимического распада органических веществ под действием микроорганизмов, но эта способность водоемов зависит от многих факторов: запас растворенного кислорода, скорость потока, масса осадка, температуры, химического состава воды. Из-за природных факторов образуются вторичные продукты, которые отрицательно влияют на качество воды. И для того, чтобы не допустить ухудшения качества воды, перед спуском в водоем, сточные воды, очищаются до степени, при которой не несут отрицательного влияния на воду [11]. Запас растворенного кислорода нужен для того, чтобы процесс самоочищения воды проходил нормально, после спуска в водоем сточных вод. Окисление органических веществ, которые содержаться в сточных водах, снижает концентрацию растворенного кислорода. Снижение содержания кислорода в воде приводит к замене нормальной флоры и фауны на примитивную, то есть приспособленную к существованию в анаэробных условиях. Органические вещества, при взаимодействии с кислородом начинают окисляться, в результате чего получается углекислый газ и вода, при этом они потребляют различное количество кислорода. Вследствие, чего ввели обобщенный показатель, с помощью которого можно оценить сумму количества загрязнений в водоемах по поглощению кислорода [12]. Когда происходит сброс стоков, то в водоеме начинается уменьшаться содержание кислорода, что приводит к гибели рыбы, планктона и других живых организмов, которым нужен кислород. В результате этого начинают, в усиленном темпе, развиваться анаэробные микроорганизмы, нарушается состояние равновесия и водоем загнивает. Следовательно, очистка стоков должна происходить до такой степени, что, когда происходит сброс их в водоем, показатель кислорода должен быть в норме, установленных санитарных правил. Существуют три пороговых показателя, которые нормируют содержание вредных веществ в водоемах. Такие как, санитарно-токсикологический показатель, показывает воздействие токсичных веществ на людей и животных; общесанитарный, который нормирует влияние вредных веществ на природу, свойства водоемов и его способность обезвреживать органические вещества; органолептический, характеризующий вкус, цвет, запах, воды водоема после сброса сточных вод. Вода, используемая для питьевых и бытовых целей, должна иметь предельно допустимую концентрацию вредных веществ. Такой концентрацией считается, максимальная концентрация, не оказывающая прямого и косвенного влияния на здоровье человека в течении всей жизни, чтобы гигиенические условия водопользования не становились хуже. При сбросе сточных вод в водоемы попадает не одно вредное вещество, а несколько и поэтому при нормировании учитывается их взаимодействие и для них уже разработали и обосновали предельно допустимые концентрации [13]. Качество воды должно соответствовать «Правилам охраны поверхностных вод от загрязнений» и выполнять следующие требования: количество растворенного кислорода - не менее 4 мг/л; минеральный осадок - не более 1000 мг/л, в том числе хлориды - 350, сульфаты - 500 мг/л; вода не должна иметь ни запахов, ни вкуса, кислотность воды - 6,5 < рН < 8,5; на поверхности воды не должны плавать примеси, пленки, масляные пятна; ядовитых веществ, при концентрации, несущей отрицательное воздействие на человека не должно быть в воде. В водоемы строго запрещено сбрасывать радиоактивные сточные воды. Выполнение таких требований обязательно для работников, проектировщиков, строителей, если требования будут нарушены или не соблюдены, то виновные будут наказаны по закону [14]. 3.2 Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами. Загрязнение нефтью влияет на весь комплекс морфологических, физических, физико-химических, биологических свойств почвы, определяющих ее плодородные и экологические функции. Изменение свойств почвы при загрязнении нефтью, а также процессы ее миграции, аккумуляции и метаболизма зависят от физико-химического состава и количества пролитой нефти, почвенно-климатических и ландшафтных условий, типа почвы, наличия тех или иных биохимических барьеров, каналов миграции и диффузии в почвенном профиле. При нефтяном загрязнении, прежде всего, существенно изменяются морфологические признаки почвы. Для загрязненных почв характерен более темный цвет по сравнению с незагрязненными аналогами, большая плотность, наличие маслянистых и радужных пленок по граням структурных отдельностей в иллювиальных горизонтах, появление столбчатой структуры в нижней части профиля почв. В нефтезагрязненных почвах преобладают черные, серо-коричневые оттенки в верхней части профиля и темно-бурые, коричнево-бурые, буро-охристые - в нижней. Происходит увеличение количества охристых, ржаво-бурых пятен, примазок, Fe-Mn пленок по граням структурных отдельностей, возрастание степени сегрегации железа, усиление оглеения. Глубина проникновения нефти в почвенном профиле зависит от свойств нефти и механического состава почвы. Изменение морфологических признаков почвы влечет за собой и изменение физических свойств. Под влиянием нефти увеличивается количество водопрочных агрегатов, структурных отдельностей размером больше 10 мм, происходит агрегирование почвенных частиц, в связи с чем содержание глыбистых частиц увеличивается, а содержание агрономически ценных структурных отдельностей уменьшается. Изменение физических свойств почвы при загрязнении приводит к вытеснению воздуха нефтью, нарушению поступления воды, питательных веществ, что является главной причиной торможения развития растений и их гибели. Почвы, насыщенные нефтепродуктами, теряют способность впитывать и удерживать влагу, для них характерны более низкие значения гигроскопической влажности, водопроницаемости, влагоемкости по сравнению с аналогами. При оценке последствий загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами важное значение имеют изменения в их гумусном состоянии. Поскольку основным элементом, входящим в состав нефти, является углерод, массовое содержание которого колеблется в пределах от 83 до 87 %, то содержание органического вещества в расчете на общий углерод и гумус в загрязненных почвах возрастает за счет углерода нефти. Параллельно с увеличением привнесенного углерода идет процесс качественного изменения битуминозных веществ и группового состава гумуса. Эти изменения зависят от физико-химических свойств нефти и органического вещества почвы. Одновременно с ростом содержания привнесенного углерода происходит увеличение отношения C:N. При этом изменения содержания общего азота не значительны. Как известно, чем уже отношение C:N, тем выше подверженность органического вещества минерализации. Наиболее благоприятны для микробного гидролиза соединения с величиной C:N от 10 до 20. В нефтезагрязненной почве отношение C:N колеблется от 50 до 400 в зависимости от количества привнесенного углерода и типа почвы, что приводит к ухудшению азотного режима почв и нарушению корневого питания растений. В нефтезагрязненных почвах, наряду с ухудшением азотного режима, происходит уменьшение содержания подвижных форм фосфора и калия. Изменение кислотности почв зависит прежде всего от качества нефти и содержания в ней высокоминерализованных пластовых вод. При загрязнении почвы товарной нефтью (обессоленной и обезвоженной), независимо от исходной дозы, кислотный режим остается без изменений. В слабо- и среднекислых почвах некоторое снижение гидролитической кислотности и увеличение рН наблюдаются только при сильном загрязнении почвы товарной нефтью, что связано с нейтральной и слабощелочной реакцией. Воздействие нефти на комплекс почвенных микроорганизмов неоднозначно. С одной стороны, нефтяное загрязнение стимулирует рост определенных видов, с другой - ингибирует. Большинство исследований, проведенных в различных биоклиматических зонах, показало, что при нефтяном загрязнении увеличивается численность и активность углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ), осуществляющих подготовительный этап метаболизма углеводородов. Доказано, что именно они наиболее специфично реагируют на нефтяное загрязнение почвы. В результате обволакивания почвенных агрегатов нефтью ухудшается доступ кислорода. Понижение концентрации кислорода способствует развитию анаэробных микроорганизмов. Развитие аэробной микрофлоры, например, грибов, затормаживается. Одной из причин анаэробиозиса может быть интенсивное потребление кислорода возросшим числом аэробных УОМ. Влияя на структуру микробного ценоза, нефтяное загрязнение воздействует и на интенсивность многих биохимических процессов, осуществляемых в основном ферментами микроорганизмов. Ферментативная активность почв обусловливается не только различным количеством микроорганизмов, но и их разнообразием и физиологической активностью. Поэтому количественные изменения, происходящие в микробном ценозе загрязненных почв, не всегда отражают изменение ее активности. Микробиологическую деградацию нефти обусловливают два фактора: наличие сложных ферментов - оксидоредуктаз, осуществляющих окислительно-восстановительные процессы всех типов, и наличие в клетках приспособлений, обеспечивающих поглощение гидрофобного субстрата. Окисление нефти начинается сразу после ее попадания в почву. Выделяют три наиболее общих этапа трансформации нефти в почвах: 1) физико-химическое и частично микробиологическое разложение алифатических углеводородов; 2) микробиологическое разложение, главным образом низкомолекулярных структур, образование смолянистых веществ; 3) трансформацию высокомолекулярных соединений: смол, асфальтенов, циклических углеводородов. Длительность процесса трансформации нефти в разных почвенно-климатических зонах может быть различной - от нескольких месяцев до нескольких десятков лет [10]. 3.3 Загрязнение воды нефтью и нефтепродуктами. Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. Основными источниками загрязнения нефтью являются: регламентные работы при обычных транспортных перевозках нефти, аварии при транспортировке и добычи нефти, промышленные и бытовые стоки. В воде нефтепродукты могут подвергаться одному из следующих процессов: ассимиляции морскими организмами, повторной седиментации, эмульгированию, образованию нефтяных агрегатов, окислению, растворению и испарению. Соотношение всех процессов, способствующих удалению нефтяных углеводородов из водной среды, изучено слабо. Вместе с тем установлено, что именно активность бактерий определяет окончательную судьбу нефти в воде. Общее воздействие нефтепродуктов на морскую среду можно разделить на 5 категорий: непосредственное отравление с летальным исходом; серьезные нарушения физиологической активности; эффект прямого обволакивания живого организма нефтепродуктами; болезненные изменения, вызванные внедрением углеводородов в организм; изменения в биологических особенностях среды обитания. Каждая из категорий непосредственно влияет на изменение экосистемы Мирового океана. Одним из наиболее перспективных и экологически безопасных методов очистки биосред от углеводородов является биоремедиация. Под термином биоремедиация принято понимать применение технологий и устройств, предназначенных для биологичечкой очистки почв и водоемов. Биоремедиация включает в себя два основных подхода: 1) Биостимуляция в месте загрязнения. Этот подход основан на стимулировании роста природных микроорганизмов, обитающих в загрязненной почве или в воде и потенциально способных утилизировать загрязнитель, но не способных делать это эффективно из-за недостатка основных биогенных элементов (соединений азота, фосфора, калия и др.) или неблагоприятных физико-химических условий. В этом случае в ходе лабораторных испытаний с использованием образцов загрязненной почвы устанавливают, какие именно компоненты и в каких количествах следует внести в загрязненный объект, чтобы стимулировать рост микроорганизмов, способных утилизировать загрязнитель; 2) Биостимуляция в биореакторах или в ферментерах. Отличие этого подхода от вышеописанного в том, что биостимуляция образцов естественной микрофлоры загрязненной почвы или воды проводится сначала в лабораторных или в промышленных условиях. При этом обеспечивается преимущественный и избирательный рост тех микроорганизмов, которые способны наиболее эффективно утилизировать данный загрязнитель. «Активизированную» микрофлору вносят в загрязненный объект одновременно с необходимыми добавками, повышающими эффективность утилизации загрязнителя [10]. |