Оценка состояния окружающей природной среды и ее защита от загрязнения нефтью при аварийных ситуациях: на примере региона с высокой концентрацией предприятий нефтяной промышленности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Сафаров, Айрат Муратович

• Сафаров, Айрат Муратович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сафаров, Айрат Муратович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНИ- 9 * НИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУК ТАМИ

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Краткая характеристика нефти как загрязняющего 9 компонента окружающей среды

1.2. Источники поступления и содержание в природных средах

1.3. Поведение нефти в природных средах

1.4. Химические и биохимические процессы, происходящие с 14 нефтью в природных средах

1.5. Особенности загрязнения нефтью почвогрунтов и подземных 17 вод нефтью

1.6. Причины и характеристики аварийных ситуаций на предпри- 21 ятиях нефтяной отрасли

1.7. Ликвидационные мероприятия при загрязнении природных 24 сред нефтью

1.7.1. Методы и средства обнаружения аварий

6 1.7.2. Методы очистки нефтяных загрязнений

1.7.3. Ликвидация «нефтяных линз»

1.7.4. Рекультивация нефтезагрязненных земель

1.8. Организация мониторинга при аварийных ситуациях на неф- 35 тепроводах

1.9. Отбор проб и методы подготовки к анализу

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Краткая характеристика исследованных рек

2.2. Потенциальные источники загрязнения природных сред неф- 43 тыо

2.3. Аналитические методы исследований

2.3.1. Методы отбора проб воды и донных отложений, почв и грун- 45 тов

2.3.2. Методики определения нефтепродуктов

2.3.3. Обеспечение достоверности получаемых результатов

2.4. Выделение штаммов микроорганизмов-деструкторов

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ НЕФТИ В ПРИРОДНЫХ 51 СРЕДАХ

3.1. Загрязнение поверхностных вод нефтью

3.1.1. Поведение нефти в воде крупной равнинной реки в зимний 51 период

3.1.1.1. Загрязнение воды растворенными формами нефти

3.1.1.2. Загрязнение р. Белой пленочными и нерастворенными фор- 60 мами нефти

3.1.1.3. Загрязнение донных отложений р. Белой

3.1.1.4. Расчет выноса нефтепродуктов

3.1.2. Поведение нефти в воде малой равнинной реки в зимний ire- 74 риод

3.1.3. Исследование поведения нефти в водотоках горного типа в 77 летний период

3.1.3.1. Эволюция нефтяного загрязнения в р.Ай - Улуир

3.1.3.2. Загрязнение донных отложений рек Улуир и Ай

3.1.4. Сравнительная характеристика поведения нефти в водных 91 объектах в различных природных условиях

3.1.4.1. Выбор критериев для оценки масштабности последствий ава- 92 рийных ситуаций

3.1.4.2. Зависимость масштабности последствий аварии от природ- 96 ных факторов

3.1.5. Методология проведения мониторинга водных объектов в 99 условиях их аварийного загрязнения нефтью

3.1.6. Оценка эффективности проведенных ликвидационных меро- 101 приятий

3.1.6.1. Анализ ошибок, допущенных во время аварий на реках Бе- 103 лая, Бишинды и Улуир

3.1.6.2. Рекомендации по выбору ликвидационных мероприятий

3.1.7. Технические решения по оптимизации ликвидационных ме- 108 роприятий на примере р. Улуир

3.1.7.1. Разработка инженерного способа перевода водонефтяной 109 эмульсии в пленочную нефть

3.2. Загрязнение нефтью и нефтепродуктами почвы и грунтов

3.2.1 Краткая характеристика аварийных ситуаций, связанных с 120 загрязнением почв и грунтов

3.2.2. Загрязнение почвенного покрова береговой полосы рек 120 Улуир и Ай

3.2.3. Загрязнение нефтью почв в районе р.Бишинды

ГЛАВА 4. МЕТОДЫ БИОДЕГРАДАЦИИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУК- 131 ТОВ В ПОЧВАХ, ГРУНТАХ И НА ПОВЕРХНОСТИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

4.1. Ориентировочная оценка качества рекультивационных работ, 131 проведенных на нефтезагрязненных почвах Республики Башкортостан

4.2. Преимущества и возможности методов биодеградации нефти

4.3. Выделение эффективных аборигенных микроорганизмов и 134 проверка их нефтепотребляющей способности

4.4. Характеристика полупромышленного препарата на основе 138 аборигенных микроорганизмов

4.5. Технология применения препарата

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПРОГНОЗНОЙ ОЦЕНКИ 141 РАЗВИТИЯ ПОСТАВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ РАЗЛИВА НЕФТИ И ФОРМАЛИЗАЦИИ ВЫБОРА ЛИКВИДАЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

5.1. Ранжирование аварий по масштабности их последствий для 141 окружающей среды

5.2. Разработка алгоритма прогнозной оценки развития постава- 147 рийных ситуаций

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка состояния окружающей природной среды и ее защита от загрязнения нефтью при аварийных ситуациях: на примере региона с высокой концентрацией предприятий нефтяной промышленности»

Производственная деятельность предприятий нефтяной промышленности приводит к неизбежному загрязнению окружающей среды нефтью и нефтепродуктами. Из всех возможных путей поступления нефти в природные среды самым опасным является непредсказуемый, интенсивный выброс больших масс нефти, характерный для аварий на магистральных нефтепроводах, приводящий к полному подавлению биогеоценозов. В связи с этим актуальной задачей является разработка путей минимизации последствий нефтяных загрязнений, основанная на комплексном подходе к организации исследования поведения нефти в окружающей среде и проведению эффективных оперативных ликвидационных мероприятий.

В научной литературе широко обсуждаются вопросы воздействия крупных нефтяных аварий на качество природных сред. При этом сведений об эволюции нефтяного загрязнения в ходе развития аварийной ситуации, а не после нее, практически пет.

Получить объективную информацию о динамике поставарийных процессов, связанных с загрязнением природных сред, можно лишь при условии объединения результатов комплексных натурных наблюдений и анализа множества аварийных и чрезвычайных ситуаций, происходящих в различных элементах рельефа, в первую очередь, на реках с различным гидрологическим режимом в разное время года. Актуальность и значимость такого подхода важна не только для оценки нанесенного ущерба, но и для прогнозирования возможных последствий, оптимизации ликвидационных мероприятий, и, что немаловажно, проведения грамотных оперативных действий в первые часы после аварии.

Цель работы - на основе данных экологического мониторинга разработка алгоритма прогнозной оценки развития поставарийных ситуаций и проведения мероприятий по защите природной среды от загрязнения нефтью, позволяющего формализовать и обоснованно выбрать первоочередные ликвидационные мероприятия в зависимости от типа (ранга) аварии.

Основные задачи, решаемые в работе:

1. На примере аварийных ситуаций, связанных с поступлением нефти при порывах магистральных нефтепроводов в равнинные и горные реки Башкортостана, выявить характер влияния основных факторов (гидрометеорологических и климатических условий, гидрологических характеристик водотоков, форм миграции нефти, профиля трубопровода в месте повреждения и др.) на интенсивность и динамику распространения нефти в водных объектах.

2. Выявить влияние сезона года, топографии местности, характера профиля трубопровода и расположения первого от поверхности безнапорного горизонта подземных вод на направление и динамику распространения нефтяного фронта в почве.

3. Усовершенствовать инструментальный контроль в рамках экоанали-тического сопровождения поставарийных мероприятий для принятия решений по минимизации последствий аварий и ЧС разной тяжести.

4. На основании натурных наблюдений и исследований природных сред в зонах аварийных и чрезвычайных ситуаций провести ранжирование аварий, связанных с порывами магистральных нефтепроводов, по масштабности их последствий для экосистем и рекомендовать комплекс технических мероприятий, обеспечивающих снижение негативного воздействия аварий па окружающую среду.

5. Обосновать алгоритм прогнозной оценки развития поставарийных ситуаций разлива нефти в зависимости от различных факторов, включающий стадию формализации выбора мер оперативного реагирования.

6. Исследовать возможность применения аборигенных штаммов микроорганизмов, выделенных из почв Башкортостана, для эффективной рекультивации нефтезагрязненных грунтов, почв и поверхностных вод.

Научная новизна. Установлены особенности влияния гидрометеорологических и климатических условий, гидрологических характеристик водотоков, профиля трубопровода и других факторов на форму миграции нефти, интенсивность и динамику распространения ее в природных водах и почвенных горизонтах.

На основе экспериментальных результатов комплексного изучения поведения нефти во время аварийных и чрезвычайных ситуаций проведено их ранжирование по последствиям для природных сред.

Впервые предложен алгоритм прогнозной оценки возможности загрязнения нефтью поверхностных, подземных вод, почв и грунтов для 9 наиболее типичных вариантов развития поставарийных ситуаций. Формализован и научно обоснован подбор и порядок использования существующих технических средств для проведения ликвидационных работ.

Разработан биопрепарат на основе бактериальных культур, выделенных из нефтезагрязненных почв Башкортостана для их рекультивации, в том числе в условиях загрязнения высокосернистой нефтью.

Практическая значимость работы.

Разработанный алгоритм прогнозной оценки развития поставарийных ситуаций разлива нефти, результаты исследования зависимости поведения нефти от различных факторов, методология экоаналитического сопровождения поставарийных мероприятий и предложенная последовательность действий по оперативному реагированию на начальном этапе ликвидационных работ используются на предприятиях нефтяной промышленности Республики Башкортостан, в частности АНК «Башнефть», ОАО «Уралсибнефтепровод», ОАО «АК «Транснефть».

Предложена технология локализации в водотоке водонефтяпой эмульсии с использованием каскада водоперепускных дамб.

На основе выделенных высокоэффективных штаммов микроорганизмов разработан и апробирован биопрепарат полупромышленного производства, обладающий высокой активностью к биодеградации высокосернистых нефтей. На микроорганизмы в составе разработанного биопрепарата получены 2 патента.

Отдельные разделы работы используются в учебном процессе Башкирского государственного университета и Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 167 страницах машинописного текста, включает 39 рисунков, 19 таблиц и приложение. Состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных библиографических источников, включающего 140 ссылок.

Заключение диссертации по теме «Экология», Сафаров, Айрат Муратович

выводы

1. Установлено, что при аварийных ситуациях основными факторами, влияющими на формы нефти и динамику ее распространения при попадании в природные среды являются: в водотоках - гидрологические характеристики реки, сезон года, проводимые ликвидационные мероприятия (спокойное течение реки - нефть находится преимущественно в виде пленки, бурное течение - в виде водонефтяной эмульсии); в почву - сезон года, профиль трубопровода и расположение первого от поверхности безнапорного горизонта подземных вод.

2. Предложена схема организации иоставарийпого мониторинга, включающая элемент обратной связи, позволяющий по результатам аналитического контроля проводить корректировку ликвидационных мероприятий.

3. Проведено ранжирование последствий аварий по их воздействию па природные среды и анализ выполненных ликвидационных мероприятий. Выданы рекомендации по оптимальному сочетанию технических средств и оперативных действий иа первоначальном уровне, позволяющие предотвратить или существенно снизить негативные последствия аварий или ЧС.

4. Предложено техническое решение, позволяющее проводить локализацию водонефтяной эмульсии иа горных реках. Для этого рекомендовано сооружение каскада водоперепуекпых дамб, количество и длина которых рассчитывается в зависимости от концентрации нефти в воде, времени расслоения эмульсии и скорости водотока. С целыо создания условий для эффективного расслоения водонефтяной эмульсии в котловане предложено учитывать длину котлована.

5. Оценена нефтеиотребляющая способность и показана возможность использования выделенных из башкирских почв аборигенных штаммов микроорганизмов Rhodococcus erythropolis BKIIM Ас-1667 и Rhodococcus erythropolis ВКПМ Ac-1668 для биологической рекультивации нефтезагрязненных, в том числе высоксернистой нефтью, почв. На основе этих штаммов разработан препарат полупромышленного производства, который был апробирован предприятиями Республики Башкортостан.

6. Впервые разработан алгоритм прогноза развития поставарийных ситуаций и защиты природной среды от загрязнения пефтыо. Выделены 9 типичных вариантов их развития, для которых формализован подбор и порядок использования технических средств для проведения ликвидационных работ при нефтяном загрязнении. Концепция предлагаемого алгоритма основана на принципах оперативного реагирования и обратной связи. Разработанный алгоритм рекомендован к использованию в Республике Башкортостан.