Сформирована концепция нового научного направления – геоэкологии углеводородов (нефти, природного газа и газового конденсата), изучающей особенности загрязнения ими окружающей среды, а также риск негативного воздействия данных веществ на человека. Следствием формирования концепции явилась разработка практических задач в виде профилактических и ремедиационных мер по снижению данного риска.
Необходимость формирования концепции нового научного направления - геоэкологии углеводородов (нефти, природного газа и газового конденсата) была связана с наблюдающимся по настоящее время загрязнением окружающей среды данными веществами в различных регионах нашей страны, а также с риском их негативного воздействия на человека. Логическим следствием формирования концепции явилась разработка практических задач в виде профилактических и ремедиационных мер по снижению данного риска.
Представленная в работе концепция включает описание особенностей загрязнения различных компонентов окружающей среды (воздуха, почвы, воды, донных отложений и ихтиофауны) углеводородами, а также риска их негативного воздействия на человека через различные экологические цепи: почва-воздух-человек, почва-вода-человек, почва-вода-рыба-человек и др., иллюстрируемых конкретными примерами.
Концепция геоэкологии углеводородов
Как известно, в нефтегазовом комплексе, как и в любой другой техногенной сфере не исключены аварии, количество которых нельзя планировать, а избежать их на 100% практически невозможно. К числу таких аварий, имеющих наиболее опасные экологические последствия относятся разливы нефти и газового конденсата и выбросы природного газа, сопровождаемые в ряде случаев взрывами и пожарами и происходящие при фонтанировании скважин, а также полном или частичном разрыве трубопроводов высокого давления, приводящего к их разгерметизации [1]. При аварийных разливах и выбросах углеводородов поступают массы вещества, иногда превышающие его предельно допустимую концентрацию (ПДК) в отдельных компонентах окружающей среды в несколько тысяч раз [2]. Подобного рода разливы и выбросы углеводородов могут продолжаться до восстановления нормального технологического процесса или ликвидации аварии.
В последнее время в различных регионах нашей страны было зафиксировано немало случаев аварийного поступления углеводородов в окружающую среду. Так, в Пермском крае разрыв нитки межпромыслового нефтепровода привел к разливу нефти на почву и ее возгоранию, а в Ленинградской области вследствие несанкционированной (криминальной) врезки в нефтепровод произошло загрязнение реки нефтью [3]. В Ненецком автономном округе вследствие разгерметизации магистрального нефтепровода разлив нефти привел к загрязнению почвы, а в Краснодарском крае – к загрязнению почвы, реки и моря [4]. В Оренбургской области в результате нарушения правил эксплуатации произошло возгорание газа в скважине, а разгерметизация нитки конденсатопровода привела к загрязнению почвы газовым конденсатом, а воздуха, растворенными в конденсате газами (метан-бутановая фракция) [5]. В том же регионе несанкционированная врезка в магистральный конденсатопровод вызвала разлив газового конденсата с загрязнением почвы и протоки, соединяющей озеро и реку [2]. В Кировской области в результате схода с рельсов железнодорожных цистерн с газовым конденсатом произошел его разлив на почву с возгоранием и попаданием в реку [6].
Аварийное загрязнение окружающей среды углеводородами оказывает серьезное негативное воздействие на человека, что определяется их концентрацией в воздухе, почве, воде и донных отложениях и условиями их воздействия, то есть происходило ли оно в рабочей зоне или вне ее и какими были метеорологические условия во время аварии [7]. Особенно серьезная экологическая ситуация складывается, когда производственные объекты нефтегазового комплекса расположены в густонаселенных районах. Загрязнение почв нефтью и газовым конденсатом не только надолго выводит их из сельскохозяйственного оборота, но и создает опасность загрязнения поверхностных и подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых целей. Попадание углеводородов в водные объекты нередко приводит к массовой гибели рыб. Кроме того загрязненные почвы, а также донные отложения при определенных условиях могут стать источниками вторичного загрязнения углеводородами, соответственно, воздуха и водной массы. Так, в случае почв – этот процесс происходит за счет улетучивания с их поверхности растворенных в нефти и газовом конденсате газов, в случае донных отложений – при их взмучивании за счет ветрового воздействия, резкого увеличения скорости потока или драгирования (изъятия) отложений при дноуглубительных работах.
Известно, что основные составляющие, в частности, природного газа (метан, этан, пропан, бутан и сероводород), а также продукты его горения (оксиды и диоксиды углерода и азота и диоксид серы) характеризуются негативным воздействием на человека, зависящим от их концентрации в воздухе и продолжительности воздействия, и заканчивающимся в ряде случаев смертельным исходом [7]. Указанные продукты горения образуются при пожарах, возникающих при аварийных разливах и выбросах углеводородов, бурении скважин, добыче углеводородов, промысловой и заводской обработке, транспорте и хранении газа и газового конденсата [1]. Среди компонентов углеводородов, а также продуктов их горения особое внимание обращает на себя канцерогенное вещество - бенз(а)пирен (C20H12). Так, анализ образцов нефти из различных месторождений показал, что содержание в них бенз(а)пирена находится в пределах 240-8050 мкг/кг [8]. Многочисленными опытами также было подтверждено наличие бенз(а)пирена в продуктах неполного сгорания различного топлива, включая природный и сжиженный газ [9]. Исследования [10], проведенные на территории одного из нефтяных месторождений Пермского края показали, что из мест добычи, транспортировки, первичной обработки нефти и временного хранения нефтяных отходов поступает в воздух другое канцерогенное вещество - бензол (C6H6), что представляет риск негативного воздействия на жителей рядом расположенного населенного пункта.
Гигиенические нормативы упоминаемых здесь и далее канцерогенных веществ в виде их предельно допустимых концентраций (ПДК) для различных компонентов окружающей среды приведены в таблице 1. Что касается диоксида серы, одного из продуктов горения углеводородов, то данное вещество вызывает в легочной ткани предопухолевые изменения, создавая тем самым определенные условия для проявления канцерогенного эффекта бенз(а)пирена. Установлено также, что длительный контакт человека с продуктами переработки углеводородов в виде бензина или керосина может привести к образованию злокачественных опухолей почек и мочевого пузыря [7].
ТАБЛИЦА 1. Предельно допустимые концентрации (ПДК) канцерогенных веществ
Акцентирование внимания на загрязнении окружающей среды канцерогенными веществами нефтегазового генезиса не случайно, так как раковые заболевания различных органов и тканей в структуре смертности населения занимают второе место после сердечно-сосудистой патологии, а по психологическому воздействию на человека - первое место. Указанные канцерогенные вещества могут попадать в организм человека из воздуха, питьевой водой и рыбной продукцией. Так, в работе [11] была выявлена прямая сильная корреляционная зависимость между годовыми среднесуточными концентрациями бенз(а)пирена в воздухе и стандартизированными показателями заболеваемости раком легкого и желудка у мужчин и женщин, а также раком кожи, щитовидной железы и яичников у женщин, проживающих в г. Кемерово. Исследованиями [12], проведенными в бассейне р. Урал была установлена корреляция между заболеваемостью населения раком пищевода и загрязнением питьевой воды бенз(а)пиреном нефтяного генезиса. При этом отмечено значительное превышение содержания бенз(а)пирена в речной воде по сравнению с подземной водой, используемых для хозяйственно-питьевых целей.
Что касается поступления углеводородов в организм человека рыбной продукцией, то исследования [13, 14] показали наличие нефтяных углеводородов, в том числе и ароматических углеводородов, в органах и тканях промысловых рыб - судака, осетра и сельди в юго-восточной части Азовского моря и бычка в северной части Каспийского моря. Как оказалось в особях азовского судака с патологией крови и печени концентрации ароматических углеводородов (в единицах бенз(а)пирена) в мышцах, печени и гонадах были выше, чем в особях с отсутствием выраженной патологии.
Как же можно снизить риск негативного воздействия углеводородов и продуктов их горения на человека? По нашему мнению положительному решению данной проблемы должна способствовать реализация нижеприведенных практических задач в зависимости от складывающейся экологической ситуации в том или ином регионе.
Практические задачи геоэкологии углеводородов
Практические задачи геоэкологии углеводородов включают систему профилактических и ремедиационных мер, способствующих снижению риска негативного воздействия данных веществ на человека, к числу которых можно отнести:
1) эвакуация населения при аварийных разливах и выбросах углеводородов в связи с угрозой взрыва, пожара и интоксикации;
2) контроль экологической ситуации в местах расположения производственных объектов нефтегазового комплекса путем анализа содержания углеводородов и продуктов их горения в различных компонентах окружающей среды и сопоставления с соответствующими гигиеническими нормативами в виде ПДК;
3) механическая очистка почвы и донных отложений путем экскавирования (изъятия) и драгирования загрязненного углеводородами слоя [2];
4) механическая очистка поверхностной воды от углеводородов с помощью боновых (плавучих) заграждений, скиммеров и др., а также различных сорбентов (торфяного бертината - обезвожженного торфа, аэросила - пирогенной двуокиси кремния, бутадиенстирольного каучука и др.) [15];
5) микробиологическая очистка почвы от углеводородов с помощью биопрепаратов, представляющих собой лиофильно высушенную (при низкой температуре и в вакууме) биомассу микроорганизмов-деструкторов углеводородов в смеси с азотно-фосфорными удобрениями, а также с использованием биокомпостов в виде ферментированной торфо-навозной или торфо-пометной смеси, обогащенной микроорганизмами-деструкторами углеводородов и питательными веществами [2, 15-17]; согласно [16], в частности, биопрепараты применяют в тех случаях, когда количество углеводородов в окружающей среде слишком мало, чтобы произвести механическую очистку, но, с другой стороны, слишком велико, чтобы использовать загрязненную почву и воду, соответственно для сельскохозяйственных и хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых целей; в почве такому уровню углеводородов соответствует их содержание до 5% от веса почвы, в поверхностной воде – пленка толщиной до 1 мм;
6) микробиологическая очистка поверхностной воды от углеводородов, с помощью биопрепаратов, представляющих собой лиофильно высушенную (при низкой температуре и в вакууме) биомассу микроорганизмов-деструкторов углеводородов в смеси с азотно-фосфорными удобрениями с включением плавучего сорбента для удерживания микроорганизмов на поверхности углеводородной пленки [2, 15, 16].
Примерами очистки различных компонентов окружающей среды от углеводородов in situ могут служить мероприятия, проведенные в различных регионах страны. Так, в Тверской области с помощью биокомпоста в течение нескольких недель было восстановлено плодородие почвы, загрязненной продуктом переработки нефти, вследствие его аварийного разлива из железнодорожных цистерн [17]. В Ставропольском крае также с помощью биокомпоста в течение нескольких недель было восстановлено плодородие почвы, загрязненной газовым конденсатом, поступающим из продувочной свечи на территории дожимной компрессорной станции, а также выжженной почвы в результате пожара в районе амбара - сооружения для приема жидких отходов из системы магистрального газопровода [7]. В Оренбургской области была проведена очистка участка, загрязненного газовым конденсатом в результате несанкционированной врезки в магистральный конденсатопровод [2]. Так, наиболее загрязненные верхние слой почвы и донных отложений были соответственно экскавированы и драгированы и вывезены на утилизацию. Для локализации и сбора углеводородов в протоке, соединяющей озеро и реку, были установлены боновые заграждения и возведены глиняные дамбы и проведена ее обработка биопрепаратом, а также минеральными и органическими удобрениями с целью активизации микроорганизмов-деструкторов углеводородов. В результате содержание углеводородов в воде протоки за 1,5 месяца снизилось с 2900 до 1,2-2,0 ПДК.
Таким образом, наблюдающееся по настоящее время загрязнение окружающей среды углеводородами в различных регионах нашей страны, а также риск их негативного воздействия на человека через экологические цепи послужило достаточным основанием для формирования концепции нового научного направления – геоэкологии углеводородов. Логическим следствием сформулированной концепции явилась разработка практических задач, связанных с оперативным принятием профилактических и ремедиационных мер по снижению данного риска.
Литература
1. Гриценко А.И., Максимов В.М., Самсонов Р.О., Акопова Г.С. Экология: нефть и газ. М.: ИКЦ «Академкнига», 2009. 680 с.
2. Гендель Г.Л., Клейменова И.Е., Донецкова А.А., Беликова Н.Г., Ивановская И.Б. Особенности проведения работ по очистке земель, нарушенных и загрязненных в результате аварии на конденсатопроводе // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2006. № 6. С. 66-69.
3. Дмитревская Е.С., Красильникова Т.А., Маркова О.А. О загрязнении природной среды и радиационной обстановке на территории Российской Федерации в ноябре 2014 г. // Метеорология и гидрология. 2015. № 2. С. 101-108.
4. Дмитревская Е.С., Красильникова Т.А., Маркова О.А. О загрязнении природной среды и радиационной обстановке на территории Российской Федерации в декабре 2014 г. // Метеорология и гидрология. 2015. № 3. С. 109-115.
5. Ованесянц А.М., Красильникова Т.А., Иванов А.Б. О загрязнении природной среды и радиационной обстановке на территории Российской Федерации в феврале 2010 г. // Метеорология и гидрология. 2010. № 5. С. 100-107.
6. Дмитревская Е.С., Красильникова Т.А., Маркова О.А. О загрязнении природной среды и радиационной обстановке на территории Российской Федерации в феврале 2014 г. // Метеорология и гидрология. 2014. № 5. С. 102-107.
7. Андреев О.П., Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Арабский А.К., Маклюк О.В. Решение проблемы геоэкологических рисков в газовой промышленности. Обзорная информация. М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2011. 78 с.
8. Серковская Г.С. Содержание бенз-α-пирена в образцах товарных нефтей // Химия и технология топлив и масел. 2011. № 3. С. 56.
9. Лавров Н.В., Стаскевич Н.Л., Комина Г.П. О механизме образования бенз(а)пирена // Доклады Академии наук СССР. 1972. Том 206. № 6. С.1363-1366.
10. Пушкарева М.В., Лейбович Л.О., Чиркова А.А., Коноплев А.В. Оценка многосредового риска для здоровья населения, проживающего на территориях интенсивной нефтедобычи // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2015. № 1. С. 27-30.
11. Мун С.А., Ларин С.А., Браиловский В.В., Лодза А.Ф., Зинчук С.Ф., Глушков А.Н. Бенз(а)пирен в атмосферном воздухе и онкологическая заболеваемость в Кемерово // Гигиена и санитария. 2006. № 4. С. 28-30.
12. Белякова Т.М., Дианова Т.М., Трефилова Н.Я. Геоэкологическое изучение ландшафтов бассейна реки Урал в связи с заболеваемостью населения раком // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. 2006. № 1 (1). С. 183-191.
13. Кленкин А.А., Корпакова И.Г. Загрязнение приоритетными токсикантами промысловых рыб юго-восточной части Азовского моря // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2007. № 9. С. 39-46.
14. Умербаева Р.И., Попова Н.В. Содержание углеводородов в органах и тканях рыб, обитающих на лицензионном участке ООО «Каспийская нефтяная компания» // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2014. № 12. С. 55-58.
15. Куликова И.Ю., Дзержинская И.С. Современные технологии очистки почвенных территорий и водных акваторий от нефтяного загрязнения // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2008. № 5. С. 72-75.
16. Коронелли Т.В. Принципы и методы интенсификации биологического разрушения углеводородов в окружающей среде (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 1996. Том 32. № 6. С. 579-585.
17. Семенцов А.Ю., Антипов Б.В., Прохоров И.С., Мизгирев Н.С., Башкин В.Н. Применение суперкомпоста «ПИКСА» для очистки загрязненных нефтепродуктами почв // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2006. № 10. С. 14-18.
