В последнее время проблема охраны окружающей среды в районах интенсивного развития горнодобывающих и перерабатывающих отраслей народного хозяйства приобрела исключительно важное значение. Нефтяная промышленность относится к числу основных отраслей-загрязнителей (Демина Е.В., 1997).

При добыче нефти особое внимание следует уделять таким объектам, как факельные установки, предназначенные для сжигания попутного нефтяного газа.

Известно, что на одну тонну сгоревшего в факеле попутного газа приходится в среднем 50-80 кг выбросов различных вредных веществ в зависимости от физико-химических свойств и состава газа. Факелы на нефтяных месторождениях являются источником хронического многолетнего загрязнения атмосферы на обширных территориях (Васильев А.А., 2004).

Промышленные выбросы в виде сухих или мокрых осадков оседают на поверхность почвы, растительность и водные объекты, тем самым снижают плодородие почвы и качество сельскохозяйственной продукции.

Сжигание попутных газов негативно сказывается на функционировании естественных и искусственных фитоценозов, находящихся в зоне их влияния.

На факельных установках происходит обезвреживание горючих (взрывоопасных) газов путем сжигания. Однако сжигая газы, мы сжигаем прибыль - из-за сжигания попутных нефтяных газов Россия ежегодно теряет около 139,2 млрд. рублей, существенно загрязняя при этом окружающую среду.

В связи с этим остро стоит вопрос об утилизации и использовании попутных нефтяных газов – потенциальном энергоресурсе и ценном сырье.

В 2009 году Дмитрий Анатольевич Медведев в своем послании президента Федеральному Собранию Российской Федерации отметил по этому вопросу: - «... Вопиющим фактом или примером неэффективного использования энергоресурсов остаётся сжигание попутного газа. Загрязняется и окружающая среда, и десятки миллиардов рублей превращаются в дым. Правительство ещё раз недавно обратилось к этой теме и обещало покончить с этим безобразием. Действовать нужно решительно и быстро, и никаких отговорок от добывающих компаний не принимать. Эта тема, кстати, весьма популярна...» (http://www.h2s.su/index.php-p=ochist.htm).

Целью данной курсовой работы является изучение влияния факельных установок на состояние воздуха, почвы, растительности.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Охарактеризовать загрязнение окружающей среды, связанное со строительством факельных установок;

2. Охарактеризовать загрязнение атмосферного воздуха, возникающее при эксплуатации факельных установок;

3. Охарактеризовать загрязнение почвы, возникающее при эксплуатации факельных установок;

4. Охарактеризовать влияние выбросов факельных хозяйств на растительность;

5. Оценить актуальность проблемы утилизации попутных нефтяных газов. Предложить конкретные способы использования попутных нефтяных газов в народном хозяйстве.

1. Загрязнение окружающей среды, связанное со строительством факельного хозяйства

Загрязнение атмосферного воздуха при строительстве объектов нефтедобывающей промышленности возможно от целого ряда организованных и неорганизованных стационарных и передвижных источников.

Источниками загрязнения атмосферы при строительстве объектов преимущественно являются двигатели внутреннего сгорания автотранспорта и спецтехники, а также выбросы при отсыпке и планировке площадок, при проведении сварочных и покрасочных работ, при заправке топливных баков строительной техники.

Эксплуатация проектируемых объектов предусматривает работу технологического оборудования. При этом загрязнение атмосферного воздуха происходит от организованных и неорганизованных стационарных источников

В период строительства в атмосферный воздух поступают такие загрязняющие вещества как азота диоксид, азота оксид, серы диоксид, углерода оксид, сажа, сероводород, пары различных растворителей, пыль неорганическая, бензин, керосин, сварочный аэрозоль.

Сварочный аэрозоль представляет собой совокупность мельчайших частиц, образовавшихся в результате конденсации паров расплавленного металла, обмазки электродов. Его состав зависит от состава сварочных и свариваемых материалов. В основном сварочный аэрозоль состоит из железа и его окислов, но в него могут также входить такие вещества и их соединения, как марганец, хром, никель, алюминий, медь, цинк, фтор, кремний, азот и другие.

В связи с опасностью заболевания сварщиков пневмокониозом, интоксикации различными компонентами сварочного аэрозоля, при электросварочных работах необходимо применение современных средств индивидуальной защиты органов дыхания (Проектная документация…, 2010).

При строительстве объекта могут возникнуть аварийные ситуации.

При разработке нефтяных и газовых месторождений изменяется и нарушается природный ландшафт; оседает земная поверхность; очень часто происходят техногенные пожары. (Демина Е.В., 1997).

Общеизвестно, что значительная часть природно-техногенных аварий при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений обусловлена недоработками при их проектировании в связи с недостатком информации о природных условиях в районах строительства. Переход в системе обеспечения экологической безопасности инженерных сооружений от ликвидации аварий к их предупреждению становится основой научно-технической политики во всех областях хозяйственной практики (Ревзон А.А., 2000).

В целом степень воздействия на атмосферный воздух в период строительства не значительна, так как работы носят временный характер, источники загрязнения нестационарны (Проектная документация…, 2010).

2. Загрязнение окружающей среды, связанное с эксплуатацией факельного хозяйства

Нефтяная промышленность РФ – основной сектор топливно-энергетического комплекса нашей страны. От ее успешного функционирования зависят эффективное удовлетворение внутреннего и внешнего спроса на нефть и продукты ее переработки, обеспечение валютных и налоговых поступлений в федеральный бюджет. Не менее важна эта отрасль и для энергетической безопасности страны и ее политических интересов в мире (Байков Н., 2008).

Факельное сжигание газа во многих странах стало неотъемлемым атрибутом нефтедобычи.

С 2005 года Россия лидирует среди 20 нефтедобывающих стран, изрядно загрязняющих окружающую среду за счет сжигания попутных газов в факелах. На РФ приходится 70% мирового объема попутных газов, сжигаемых в факелах.

За Россией в списке стран, сжигающих наибольшее количество попутных газов, следуют Нигерия, Иран, Ирак, Казахстан, Китай, Оман, Узбекистан, Малайзия, Египет, Саудовская Аравия (Елдышев Ю.Н., 2007).

2.1 Загрязнение атмосферы

загрязнение окружающая среда факельное хозяйство

Основная задача факельных установок – природоохранная. Они предназначены для обезвреживания путем сжигания горючих (взрывоопасных) газов (паров), поступление которых в атмосферу может привести, прежде всего, к взрыву и пожару, а также к вредному воздействию на человека.

Факельные установки позволяют перевести вредные вещества в менее опасные, например, сероводород при сгорании превращается в сернистый газ, оксид углерода - в диоксид углерода и т.д. (Абросимов А.А., 2002).

Не смотря на это, поступающие в окружающую среду продукты сгорания попутного нефтяного газа представляют собой потенциальную угрозу нормальному функционированию человеческого организма на физиологическом уровне.

Соотношение составляющих выбросы веществ зависит от состава добываемой нефти. Основу технологической классификации нефтей составляет содержание серы: класс I — малосернистые нефти, включающие до 0,5% S; класс II — сернистые нефти с 0,5-2% S; класс III — высокосернистые нефти, содержащие свыше 2% S. Около 1/3 всей добываемой в мире нефти содержит свыше 1% S. Следовательно, примерно каждый третий факел в мире является источником загрязнения окружающей среды диоксидом серы, сероводородом, меркаптанами (http://www.mining-enc.ru/n/neft/).

В состав выбросов факельного хозяйства входят:

- метан СН4;

- этан С2Н6;

- пропан С3Н8;

- бутан С4Н10;

- пентан С5Н12;

- гексан С6Н14;

- гептан С7Н16;

- оксиды азота NOx;

- диоксид углерода СО2;

- диоксид серы SО2, сероводород Н2S (и/или меркаптаны) (Методика расчета выбросов загрязняющих веществ из резервуаров и при сжигании попутного нефтяного газа на факельных установках, 1998).

При добыче нефти, богатой ароматическими углеводородами, в выбросах факельного хозяйства содержится большое количество бензола, толуола, ксилола, фенола.

Природные углеводородные газы по токсикологической характеристике относятся к веществам 4-го класса опасности, не оказывают токсикологического действия на организм человека, но при концентрациях, снижающих содержание кислорода в атмосфере до 15-16%, вызывают удушье (ОСТ 51.40-93).

В результате факельного сжигания газа в атмосферу выбрасывается все больше парниковых газов – почти 100 тыс. т. в год (Елдышев Ю.Н., 2007).

Углекислый газ (СО2) – важнейший источник климатических изменений, основной парниковый газ, на долю которого приходится, по оценкам, около 64% глобального потепления.

Кроме углекислого газа, усилению парникового эффекта способствует увеличение содержания метана в атмосфере. Метан интенсивно поглощает тепловое излучение Земли в инфракрасной области спектра на длине волны 7,66 мкм. Метан занимает второе место после углекислого газа по эффективности поглощения теплового излучения Земли. Вклад метана в создание парникового эффекта составляет примерно 30% величины, принятой для углекислого газа (Бажин Н.М., 2000).

Факельные стояки являются источником 5,4% всех выбросов оксидов азота (Абросимов А.А., 2002).

Углеводороды под действием ультрафиолетового излучения Солнца вступают в реакцию с оксидами азота, в результате образуются новые токсичные продукты - фотооксиданты, являющиеся основой фотохимического смога.

Особенностью фотохимического смога является то, что образующиеся вещества значительно превышают по токсичности исходные атмосферные загрязнители. Фотохимический смог представляет собой желто-зеленую или сизую сухую дымку.

Схема образования фотохимического смога выглядит следующим образом:

Оксид азота окисляется кислородом воздуха до диоксида азота:

2NO + O2 → 2NO2

Диоксид азота на свету разлагается до монооксида азота и атомарного кислорода:

NO2 → NO + О∙ (на свету)

Последний при взаимодействии с кислородом воздуха в присутствии инертных частиц образует озон:

О∙ + O2 + М → O3 + М

Озон реагирует с монооксидом азота, в результате образуются диоксид азота и кислород:

O3 + NO → NO2 + O2

Но в присутствии углеводородов монооксид азота реагирует с ними. Результаты этого взаимодействия с экологической точки зрения очень опасны. Во-первых, образуются очень агрессивные и вредные органические соединения – пероксиацетилнитраты (ПАН). Во-вторых, монооксид азота таким образом связывается, остается меньше возможности для протекания его реакций с озоном. Так происходит накопление озона.

Озон, вступая в реакцию с углеводородами, тоже образует вредные соединения – альдегиды. К примеру, реакция озона с этаном:

СН3-СН3 + O3 → СН3-СН=О +НО∙

- врезультате образуется альдегид – этаналь.

Далее этаналь на свету взаимодействует с атомарным кислородом с образованием радикалов:

СН3-СН=О +О∙ → СН3-С∙ =О + НО∙

Органические радикалы в присутствии кислорода воздуха порождают радикалы пероксидов:

Пероксорадикалы могут реагировать с NO2. Из образующихся при этом соединений наиболее известен пероксоацетилнитрат, концентрация которого в смоге может достигать 50 млрд.-1 %:

Поскольку это вещество легко вступает в реакцию взаимодействия с различным органическими веществами, например ферментами, оно чрезвычайно токсично для человека и других живых организмов (Голдовская Л.Ф., 2007).

Диоксид азота и его фотохимические производные оказывают воздействие не только на органы дыхания, но и на органы зрения. При малых дозах характерны аллергии и раздражения, при больших - бронхиты и трахеиты. Начиная с 0,15 мг/м3, при длительных воздействиях наблюдается увеличение частоты нарушений дыхательных функций и заболеваний бронхитом (Сахаев В.Г., 1986).

Одновременные выбросы оксидов азота и серы обусловливают выпадение кислотных дождей. Ежегодно в промышленно развитых странах в воздушный бассейн выбрасывается до 50 млн. т оксидов азота, что превышает их естественный фон в воздухе населенных пунктов (Абросимов А.А., 2002).

Сернистые соединения обладают резким запахом, тяжелее воздуха, растворяются в воде.

Сернистый ангидрид (SO2) токсичен. Симптомы при отравлении сернистым газом — насморк, кашель, охриплость, першение в горле. При вдыхании сернистого газа более высокой концентрации — удушье, расстройство речи, затруднение глотания, рвота, возможен острый отёк лёгких. ПДК максимально-разового воздействия — 0,5 мг/м³ (Сахаев В.Г., 1986).

Сероводород (сернистый водород, сульфид водорода) — бесцветный горючий газ с резким запахом, t кипения 60,35 °C. Водный раствор — сероводородная кислота. Сероводород часто встречается в месторождениях нефти и газа.

Сероводород (H2S) токсичен: острое отравление человека наступает уже при концентрациях 0,2–0,3 мг/м3, концентрация выше 1 мг/м3 — смертельна.

Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м3, а в смеси с углеводородами С1–С3 равна 3 мг/м3.

Сероводород H2S является агрессивным газом, провоцирующим кислотную коррозию, которую в этом случае называют сероводородной коррозией. Растворяясь в воде, он образует слабую кислоту, которая может вызвать точечную коррозию в присутствии кислорода или диоксида углерода.

В этой связи, без современных станций подготовки газа и модулей сероочистки, сероводород способен наносить сильнейший ущерб людям. Без станций очистки от сероводорода серьезно страдает и выходит из строя самое различное оборудование в нефтяной и газоперерабатывающей отраслях.

Бороться с сероводородной коррозией чрезвычайно трудно: несмотря на добавки ингибиторов кислотной коррозии, трубы из специальных марок нержавеющей стали быстро выходят из строя. И даже полученную из сероводорода серу перевозить в металлических цистернах можно в течение ограниченного срока, поскольку цистерны преждевременно разрушаются из-за растворенного в сере сероводорода. При этом происходит образование полисульфанов HSnH. Полисульфаны более коррозионно-активные элементы, чем сероводород.

Вследствие коррозионных действий сероводорода, присутствующего в газах, значительно сокращается срок службы силового генерационного оборудования и аппаратуры при добыче, транспорте, переработке и использовании газа (http://manbw.ru/analitycs/hidrogen_sulfide_h2s.html).

Сероводород, присоединяясь к непредельным соединениям, образует меркаптаны, которые являются агрессивной и токсичной частью сернистых соединений — химическими ядами.

Меркаптаны - сильные нервные яды, обладают наркотическим эффектом, вызывают паралич мышечных тканей. В организм человека могут проникнуть через дыхательные пути, кожу, слизистые оболочки.

Предельно допустимая концентрация метилмеркаптана - 0,8 мг/м3, этилмеркаптана-1мг/м3 (http://infopravo.by.ru/fed2000/ch05/akt19889.shtm).

Ароматические углеводороды - наиболее токсичные компоненты нефти, их содержание колеблется в пределах 5-35%.

Если нефть содержит большое количество ароматических углеводородов – то и при работе факельной установки ароматические углеводороды будут входить в состав выбросов.

Нефтяной бензол относится к числу токсичных продуктов 2-го класса опасности. Пары бензола при высоких концентрациях действуют наркотически, вредно влияют на нервную систему, оказывают раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки глаз.

Предельно допустимая концентрация паров бензола в воздухе рабочей зоны составляет 15/5 мг/м3 (максимальная/среднесменная). Бензол обладает резорбтивным действием, проникает в организм через неповрежденную кожу. Аллергенными и кумулятивными свойствами не обладает (ГОСТ 9572-93).

Ксилол (диметилбензол) относится к третьему классу опасности, его пары при высоких концентрациях отрицательно воздействуют на нервную систему, кожные покровы и слизистые оболочки человека.

Нефтяной толуол (метилбензол) также относится к числу токсичных продуктов третьего класса опасности. Пары толуола при высоких концентрациях действуют наркотически, вредно влияют на нервную систему, оказывают раздражающее действие на кожу и слизистую оболочку глаз. Предельно допустимая концентрация паров толуола в воздухе рабочей зоны составляет 50 мг/м3 (ГОСТ 14710-78).

Бенз(а)пирен, образующийся в процессе горения углеводородов, является наиболее типичным химическим канцерогеном окружающей среды, он опасен для человека даже при малой концентрации, поскольку обладает свойством биоаккумуляции.

Бенз(а)пирен хорошо растворяется в маслах, жирах, сыворотке человеческой крови. Накапливаясь в организме человека до опасных концентраций, бенз(а)пирен стимулирует образование злокачественных опухолей.

Кроме того, он оказывает мутагенное действие на организм (http://www.geoda.ru/library/ecology/8/).

Среднесменная предельно допустимая концентрация (ПДК) бенз(а)пирена в воздухе рабочей зоны - не более 0,00015 мг / куб.м.

В воздухе бенз(а)пирен преимущественно связан с твердыми частицами атмосферной пыли. Твердые частицы, содержащие бенз(а)пирен, довольно быстро выпадают из воздуха вследствие седиментации (разрушение коллоида и выпадение осадка), а также с атмосферными осадками и переходят в почву, растения, почвенные воды и водоемы. Это обуславливает довольно большую изменчивость концентрации бенз(а)пирена в атмосферном воздухе, которая зависит не только от интенсивности выброса его из источника загрязнения, но и от метеорологических условий. Будучи химически сравнительно устойчивым, бенз(а)пирен может долго мигрировать из одних объектов в другие. В результате многие объекты и процессы окружающей среды, сами, не обладающие способностью синтезировать бенз(а)пирен, становятся его вторичными источниками (http://primpogoda.ru/articles/ecology/benzapiren/).

Фенол по степени воздействия на организм относится к высокоопасным веществам.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны - 0,3 мг/м3. При превышении ПДК возможны отравление, раздражение слизистых оболочек и ожог кожи. При хроническом отравлении возникает раздражение дыхательных путей, расстройство пищеварения, тошнота, слабость, кожный зуд, конъюнктивит. Фенол кумулятивными свойствами не обладает (http://www.himtrade.ru/product-2817/Oil-phenol.htm).

К тяжелым металлам, присутствующим в выбросах факельных установок, относятся никель и ванадий.

Вдыхание пыли, содержащей ванадий, даже в небольших количествах приводит к раздражению и хрипам в легких, кашлю, болям в груди, насморку и першению в горле. Иногда наблюдается удушье, зеленоватый налет на языке и побледнение кожных покровов. Правда, эти признаки исчезают уже вскоре после прекращения вдыхания загрязненного воздуха (http://www.water.ru/bz/param/vanadium.shtml).

Вредные вещества, попадая в атмосферу, подвергаются физико-химическим превращениям, рассеиваются или вымываются из атмосферы. Степень загрязнения атмосферы зависит от того, будут ли эти вещества переноситься на большие расстояния от источника или скапливаться в районе их выброса.

Самыми значительными факторами, влияющими на распространение загрязняющих веществ, являются метеорологические условия: направление движения воздуха и скорость ветра, количество и продолжительность штилей, влажность воздуха и осадки, интенсивность солнечной радиации

Большую роль играют инверсии температуры. При инверсиях содержание примесей в атмосфере на 10-60% выше, чем при их отсутствии (Гурьянова О.А., 1997).

Статистические данные по Тюменской области, основному нефтегазодобывающему региону России, свидетельствуют, что заболеваемость населения по многим классам болезней выше общероссийских показателей и данных по Западно-Сибирскому району в целом (очень высоки показатели по болезням органов дыхания). По ряду заболеваний (новообразования, болезни нервной системы и органов чувств и пр.) наблюдается тенденция к росту. Очень опасны воздействия, последствия которых выявляются не сразу. Таковыми являются влияние загрязняющих веществ на способность людей к зачатию и вынашиванию детей, развитие наследственных патологий, ослабление иммунной системы, рост числа онкологических заболеваний (http://manbw.ru/analitycs/png.html).

2.2 Загрязнение почвы

В почву загрязняющие вещества поступают в газовой фазе, в растворе атмосферных осадков, в составе твердых частиц. В результате почвообразовательных процессов они перераспределяются по почвенному профилю, накапливаются в верхних или нижележащих горизонтах, выщелачиваются и выносятся грунтовыми водами (Луканин В.Н., 2001).

Почвенный покров представляет собой основной канал стока загрязняющих веществ и попадания их в наземные экосистемы (Мартюшева М.С., 2008).

К примеру, бенз(а)пирен, полиароматический углеводород 1 класса опасности, в окружающей среде накапливается преимущественно в почве. Предельно допустимая концентрация бенз(а)пирена в почве составляет 0,02 мг/кг.

Максимальное содержание бенз(а)пирена наблюдается в поверхностных слоях почв. Это связано с тем, что гумусовые горизонты, содержащие наибольшее количество органических веществ, обладают более высокой сорбционной способностью, благодаря чему и происходит накопление бенз(а)пирена в почвах.

Из почвы поступает в ткани растений и продолжает своё движение дальше по трофической цепи, при этом на каждой её ступени содержание бенз(а)пирена в природных объектах возрастает на порядок (http://www.geoda.ru/library/ecology/8/).

Оксиды азота и серы являются источниками появления в атмосфере кислот, которые приводят к возникновению кислотных дождей, под влиянием которых происходит подкисление почв. При подкислении почв изменяются структурные и физико-химические показатели почв.

С увеличением подкисления почвы снижается активность микрооорганизмов-деструкторов, а также изменяется видовой состав микробиоты (Гришина Л.А., 1990).

В выбросах факельных установок содержатся тяжелые металлы – ванадий и никель. Никель относится ко II классу опасности – токсичные вещества, ванадий – к III классу опасности – слаботоксичные вещества.

Поступая на поверхность почвы, тяжелые металлы накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции (Орлов Д.С., 2002).

Тяжелые металлы большей частью концентрируются в поверхностном горизонте почв 0—10—20 см, где они присутствуют в составе твердых частиц, гумусового вещества, в почвенном растворе (Луканин В.Н., 2001).

Тяжелые металлы могут блокировать реакции с участием фермента, что приводит к уменьшению или прекращению его каталитического действия. Никель может полностью прекращать действие декарбоксилазы и уменьшать эффективность Энолазы, АТФ-азы, Аргинилазы, Карбоксилазы, Дегидрогеназы (Черников В.А., 2000).

Тяжелые металлы существенно влияют на численность, видовой состав и жизнедеятельность почвенной микробиоты. Они вызывают микробостатический эффект, способствуют проявлению мутагенных свойств (Орлов Д.С., 2002).

Тяжелые металлы претерпевают в почве химические превращения, в ходе которых их подвижность изменяется в очень широких пределах. Наибольшую опасность представляют подвижные формы, наиболее доступные для растений. Подвижность тяжелых металлов существенно зависит от почвенно-экологических факторов, основные среди которых – содержание органического вещества, кислотность почвы, окислительно-восстановительные условия, плотность почвы и т.д. (Черников В.А., 2000).

2.3 Влияние выбросов факельных установок на растительность

Индикаторами загрязнения атмосферы являются растительные сообщества.

Загрязняющие вещества поступают в растения через устьица и корни. Величина отверстия устьиц и интенсивность света влияют на процесс повреждения растений малыми газовыми примесями. Они могут вызывать «видимые» повреждения (некроз тканей), которые подразделяются на острые и хронические. В противоположность «видимым» повреждениям возникло понятие «невидимый ущерб, наносимый токсическими газами». «Невидимые повреждения» проявляются в снижении фотосинтезной активности, в преждевременном старении, снижении роста и более сильной подверженности к вторичным повреждениям. Такого рода растения могут накапливать токсины, и они опасны для животных. Токсические газы – причина серьезных физиолого-биологических нарушений в ассимиляционных органах: окислительное разрушение клеточных мембран и в связи с этим потеря водоудерживающей способности; нарушение строения хлоропластов и структур клетки; активизация дыхания и окислительных ферментов (но дыхание быстро сменяется угнетением); разрушение пигментов (преимущественно хлорофилла) (Большаков В.А., 1994).

Поглотительная способность насаждений зависит от состава пород, полноты, бонитета, возраста, ассимиляционной поверхности крон деревьев, длительности вегетации. Наибольшей поглотительной способностью обладают древесные растения, за ними по мере снижения идут местные сорные травы, цветочные растения и газонные травы (Чернышенко О.В., 2002).

В зонах интенсивного загрязнения факельных установок у хвойных пород деревьев отмечается усыхание ветвей нижнего порядка и суховершинность. По мере приближения к факелу сомкнутость крон древесной растительности уменьшается. Так, по исследованиям Т.Е.Старковой и М.Т.Васбиевой, на расстоянии 2000 м от факела сомкнутость крон в среднем составила 47%, а в зоне интенсивного загрязнения – около 33 %.

Хвойные породы острее реагируют на близость к факелу. Так, по направлению господствующих ветров вблизи факельной установки подрост ели сибирской и пихты сибирской отсутствует. Состояние подроста лиственных пород по мере приближения к факелу ухудшается (признак – прирост по высоте) (Старкова Т.Е., Васбиева М.Т., 2006).

Сосна обыкновенная - умеренно чувствительное к действию SO2 растение. Сосна не типична для зон с повышенной концентрацией SO2 в воздухе, сернистый ангидрид лимитирует ее распространение.

Синдром хлоротической карликовости (СХК) вызывается двумя газами – озоном и сернистым ангидридом. Эта болезнь характеризуется светло-зеленым цветом новых иголок, которые затем становятся пятнистыми и желтыми, а позднее закрученными с обожженными кончиками. Старые иглы опадают раньше, чем появляются новые. Деревья сильно угнетены и обычно погибают.

Кроме этих растений, к воздействию атмосферной двуокиси серы чувствительны: тополь гибридный, люцерна, ячмень, гречиха, тыквы, сосна Банкса, ель европейская и другие.

Токсичность NO2 в пять раз меньше токсичности SO2 и воздействие 6 млн-1 NO2 в течение 4-8 часов вызывает повреждение нескольких видов растений, включая горох, кустовую фасоль и люцерну (Мэннинг У.Дж., Федер У.А., 1985).

Характерный признак действия на растения этого фитотоксиканта – периферическое повреждение листьев, скручивание их вовнутрь, некроз и отмирание листовых пластинок (Большаков В.А., 1994).

Озон и пероксоацилнитраты (ПАН) – сильные окислители. Они оказывают влияние на метаболизм, рост и энергетические процессы в растениях, ингибируя многие ферментативные реакции, например, синтез гликолипидов, полисахаридов стенок клетки, целлюлозы и т.д. Озон и ПАН также влияют на процесс фотосинтеза.

Чувствительные виды растений уже после часовой обработки озоном при концентрации 0,05 – 0,1 мг/м3 проявляются признаки угнетения (белая или коричневая крапчатость). Озон также изменяет структуру клеточных мембран, вследствие чего можно наблюдать серебристую пятнистость листьев. При воздействии озона также окисляются пигменты и листья обесцвечиваются. На глянцевом слое кожицы листьев и игл проявляются трещины, и лист становится хрупким. Кроме того, в трещинах могут прорастать грибные споры, проникающие затем вглубь листа и разрушающие его. Этот инфекционный процесс является одной из причин гибели лесов.

ПАН становится физиологически активным только при освещении. Фотолитически он распадается на и пероксоацетил-радикал, который окисляя, разрушает пигменты растений.

Фотохимические окислители оказывают наибольшее воздействие на салатные культуры, бобы, свеклу, злаки, виноград и декоративные насаждения. Сначала на листьях образуется водное набухание. Через некоторое время нижние поверхности листьев приобретают серебристый или бронзовый оттенок, а верхние становятся пятнистыми с белым налетом. Затем наступает быстрое увядание и гибель листьев (http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=118117).

Важным биоиндикатором загрязнения являются эпифитные лишайники. В зоне интенсивного загрязнения разнообразие эпифитных лишайников резко сужается. В исследованиях Т.Е.Старковой и М.Т.Васбиевой в непосредственной близости от факела произрастал только один вид лишайников – пармелия бородавчатая. Наблюдалось отмирание слоевищ и наличие некротических пятен пармелии бородавчатой. В зоне с высокой повторяемостью ветров эпифитные лишайники сохраняются только со стороны ствола, защищенной от ветра по отношению к факелу. Ствол дерева служит механическим барьером для экотоксиканотов (Старкова Т.Е., Васбиева М.Т., 2006).

При повышении концентрации SО2 в воздухе листоватые и кустистые лишайники исчезают первыми (Мэннинг У.Дж., Федер У.А., 1985).

По мере приближения к факелу наблюдается уменьшение высоты клевера лугового, количество стеблей на одно растение уменьшается с девяти до семи.

Сельскохозяйственные посевы, находящиеся в близи факельных установок, также испытывают негативное влияние загрязнения.

На расстоянии 2000 м от промышленного объекта при повторяемости ветров 15 % ухудшается структура урожайности сельскохозяйственных культур: растения яровой пшеницы имеют более короткий колос, низкую озерненность и, соответственно, меньшую продуктивность колоса (Старкова Т.Е., Васбиева М.Т., 2006).

В нашей климатической зоне, согласно исследованиям М.С.Мартюшевой, в непосредственной близости к факельным установкам произрастают Ежа Сборная, Мятлик луговой, Пырей ползучий, Горошек мышиный, Клевер розовый, Чина луговая, Одуванчик лекарственный, Осот полевой, Нивяник обыкновенный. Именно эти растения проявляют наибольшую резистентность к факельным выбросам (Мартюшева М.С., 2008).

Повышение освещенности и температуры ведет активизации физиологических процессов растений, увеличению поглощения газов и повреждения листьев.

Исследования по изучению механизмов поглощения газа позволили установить, что в растениях они не только накапливаются в листьях и хвое, но и подвергаются транслокации по органам, а также удаляются в почву и корни (Гудериан Р., 1979).

Из почвы растения поглощают бенз(а)пирен, тяжелые металлы.

Повышенные содержания никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям — у растений появляются уродливые формы.

Высокое загрязнение почвы бенз(а)пиреном обнаруживается даже не расстоянии 1-2 км от источника выбросов.

В связи с этим следует помнить об опасности накопления этого вещества в сельскохозяйственной продукции.

Наибольшее количество бенз(а)пирена накапливает капуста белокачанная и картофель, наименьшее – зерно, томаты, молоко.

В органах растений бенз(а)пирен распределяется неравномерно. В семенах зерновых культур содержится приблизительно в 100 раз меньше этого вещества, чем в листьях, стеблях, корнях. Максимальное количество бенз(а)пирена накапливается в кожуре клубней картофеля – 0,34…3,72 мкг/кг, а в мякоти – 0,09…0,61 мкг/кг (Черников В.А., 2000).

3. Утилизация нефтяных попутных газов

Современные условия дефицита и соответственно удорожание жидких углеводородов (нефть, нефтепродукты, сжиженные углеводородные газы), а также ужесточение экологических требований к производственным процессам заставляют решать проблему утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ), который в настоящее время в больших количествах сжигается на факелах нефтяных и газовых месторождений (http://www.h2s.su/index.php-p=ochist.htm).

В последние годы в ряде стран мира пытаются серьезно сократить объемы сжигаемого в факелах попутного газа, например, снова закачивая его в нефтяные скважины для увеличения их отдачи, сжижая для поставки на международные рынки, отводя в трубопроводы или используя в местах добычи для выработки энергии. При помощи всемирного банка подобные проекты активно осуществляются в Алжире, Казахстане, Камеруне, Катаре.

А в США из попутных газов ценных углеводородов извлекают в 21 раз больше, чем в России. Мы же, экспортируя сырую нефть, продолжаем закупать у них произведенные из этого газа полимеры, каучуки и иную продукцию.

По оценкам независимых экспертов, возможный экономический эффект от полной переработки попутных газов в нашей стране приближается к 400 млрд. руб, так что, похоже, это как раз тот случай, когда, как говорится в поговорке, «овчинка стоит выделки».

На сегодня хороший опыт накоплен в «Сургутнефтегазе», где утилизируют более 95% попутных газов (Елдышев Ю.Н., 2007).

Попутные нефтяные газы, содержащие сероводород, перед дальнейшим использованием необходимо очищать.

В настоящее время для очистки природного газа от H2S и СО2 используют следующие процессы:

· хемосорбционные процессы, основанные на химическом взаимодействии H2S и СО2 с активной частью абсорбента;

· процессы физической абсорбции, в которых извлечение кислых компонентов происходит за счет их растворимости в органических поглотителях;

· комбинированные процессы, использующие одновременно химические и физические поглотители;

· окислительные процессы, основанные на необратимом превращении поглощенного сероводорода в серу;

· очистка природного газа от сероводорода может производиться и с использованием адcорбционных процессов, основанных на извлечении компонентов газа твердыми поглотителями — адсорбентами.

Очистка природного и других газов от сероводорода может осуществляться разными методами. Выбор процесса очистки природного газа от сернистых соединений в каждом конкретном случае зависит от многих факторов, основными из которых являются: состав и параметры сырьевого газа, требуемая степень очистки и область использования товарного газа, наличие и параметры энергоресурсов, отходы производства и др.

Анализ мировой практики, накопленной в области очистки природных газов, показывает, что основными процессами для обработки больших потоков газа являются абсорбционные с использованием химических и физических абсорбентов и их комбинации.

Окислительные и адсорбционные процессы применяют, как правило, для очистки небольших потоков газа, либо для тонкой очистки газа (http://www.h2s.su/index.php-p=ochist.htm).

Примером окислительной очистки может служить озонирование.

Озонирование проводят при температуре 18°С. Сероводород и озон реагируют в конечном стехиометрическом соотношении 1:3. В результате окисления происходит образование оксидов серы и в небольшом количестве серы (Годовалов А.А., Салихов В.Р., 1997).

Дальнейшая переработка с максимальной утилизацией попутных нефтяных газов позволяет получить следующие основные виды товарных продуктов, обеспечивая безотходную технологию:

• компримированный (КПГ – ГОСТ 27577-87) или сжиженный природный газ (СПГ – ТУ 51-03-85);

• сжиженный углеводородный газ (СУГ - ГОСТ 27578-87) для автомобильного транспорта, а также для коммунально-бытового потребления;

• различные композиции авиационного сконденсированного топлива, которое представляет собой смесь углеводородных газов с преобладанием бутана;

• стабильный газовый бензин (СГБ-ТУ 39-1340-89);

• широкую фракцию легких углеводородов (ШФЛУ – ТУ 38.101524-83).

Кроме вышеперечисленных, легкие углеводороды в различных композициях позволяют создавать и другие составы, в т.ч. авиационного сконденсированного топлива, с разной плотностью и теплотворной способностью. Выбор их состава зависит от структуры сырья, из которых это топливо будет вырабатываться, трудоемкости его производства, обоснованности его технического и эксплуатационного использования и т.п. (В.П. Зайцев В.П., Разносчиков В.В., 2009).

В 2007 году, в своем послании президента Федеральному Собранию Российской Федерации Владимир Владимирович Путин обратил внимание нерациональное сжигание попутного нефтяного газа: - «… Еще один вопрос, который нам вправе будут задавать будущие поколения, относится к использованию природных ресурсов. Действительно ли мы получаем от них максимальную выгоду? … Сегодня в России на нефтяных промыслах сжигается, по самым минимальным оценкам, более 20 миллиардов кубических попутного газа в год. Такое расточительство недопустимо. Тем более что во всем мире уже давно известна и действует система мер, доказавшая свою эффективность. Надо незамедлительно создать соответствующую систему учета, увеличить экологические штрафы, а также ужесточить лицензионные требования к недропользователям…».

В подтверждение своих слов В.В.Путин передал в Госдуму новый законопроект, который предусматривает довести к 2012 году уровень полезного использования ПНГ до 95%. "Нефтяные компании, которые не выполнят это требование и продолжат сжигать его в факелах, будут платить серьезные штрафные санкции за сверхлимитные выбросы в атмосферу", — заявил В.В. Путин.

Так же в помощь нефтяникам 9 марта 2010 года президент Дмитрий Анатольевич Медведев подписал закон № 26-ФЗ, обеспечивающий приоритетный доступ на оптовый рынок электроэнергии, произведенной за счет попутного нефтяного газа или продуктов его переработки. Таким образом федеральный центр решил стимулировать использование ПНГ в малой энергетике.

В связи со скорым ужесточением экологических мер по вопросу утилизации попутного нефтяного газа в настоящее время в Правительстве Российской Федерации обсуждаются проекты федеральных законов «Об утилизации ПНГ…» и «О нефти…» (http://www.h2s.su/index.php-p=ochist.htm).

Выводы:

1. В период строительства факельного хозяйства загрязнение не значительно, так как работы носят временный характер, источники загрязнения (технологическое оборудование, сварка) нестационарны.

2. При эксплуатации факельных установок в атмосферу попадают предельные углеводороды (алканы), углекислый газ, оксиды азота, фенолы, бенз(а)пирен, сероводород, тяжелые металлы (ванадий и никель) и другие вещества. Под влиянием внешних факторов образуется вторичное загрязнение (фотохимический смог). Комплекс загрязняющих веществ значительно снижает качество воздуха.

3. Почва аккумулирует поступающие на ее поверхность тяжелые металлы, бенз(а)пирен. Кроме того, наличие в выбросах факельных установок оксидов азота и серы вызывает подкисление почвы, изменение ее физико-химических свойств, угнетение микробиоты.

4. Растительные сообщества могут выступать индикаторами загрязнения окружающей среды выбросами факельных установок. По мере приближения к факелу наблюдается уменьшение высоты, хлорозы, некрозы, угнетение травянистых растений; усыхание и суховершинность древесных пород. У культурных посевов злаковых даже на расстоянии 2000 м от факела наблюдается значительное ухудшение структуры урожайности.

5. Попутный нефтяной газ – ценное сырье и энергоресурс. По оценкам независимых экспертов, возможный экономический эффект от полной переработки попутных газов в нашей стране приближается к 400 млрд. руб. Из попутного нефтяного газа можно получать авиационное топливо, газовый бензин, каучуки, полимеры, газ для коммунально-бытового потребления и т.д.

Список использованной литературы

1. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем / А.А. Абросимов. - М: Химия, 2002. – 608 с.

2. Агроэкология / под ред. В.А. Черникова. – М.: Колос, 2000. – 536 с.

3. Бажин Н.М. Метан в атмосфере / Н.М. Бажин // Соросов. образовательный журнал. – 2000. – т.6. - №3. – С.52-58.

4. Байков Н. Перспективы российской нефтегазовой промышленности и альтернативных источников энергии / Н. Байков, Р. Гринкевич // Мировая экономика и международные отношения. – 2008. - №6. – С.49-56.

5. Большаков В.А. Влияние загрязнения воздуха на растения и почвы / В.А. Большаков // Химия в сельском хозяйстве. – 1994. – №1. – С. 23-26.

6. Васильев А.А. Экологические технологии нефтедобывающих компаний Западной Сибири / А.А. Васильев, Н.И Матвеев, В.Б. Лукиных // ЭКиП. – 2004 – №5. – С. 16-17.

7. Годовалов А.А. Применение озона для обезвреживания газовых выбросов, содержащих сероводород /А.А. Годовалов, В.Р. Салихов В.Р. // Экология: проблемы и пути решения: Тез. докл./Перм. ун-т. – Пермь, 1997. – С. 31-32

8. Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды / Л.Ф. Голдовская. – М.: Мир; БИНОМ. Лаборатория знаний. – 2007. – 295 с.

9. ГОСТ 9572-93 Бензол нефтяной. Технические условия. – СПС Кодекс.

10. ГОСТ 14710-78 Толуол нефтяной. Технические условия – СПС Кодекс.

11. Гришина Л.А. Влияние атмосферного загрязнения на свойства почвы / Л.А. Гришина. – М.: МГУ, 1990. – 205 с.

12. Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды / Р. Гудериан. – М.: Мир, 1979. – 200 с.

13. Гурьянова О.А. Влияние инверсий на состояние загрязнения воздушного бассейна г.Перми / О.А. Гурьянова // Экология: проблемы и пути решения: Тез. докл./Перм. ун-т. – Пермь, 1997. – С. 35.

14. Демина Е.В. Экологические проблемы при разработке нефтяных и газовых месторождений /Е.В. Демина // Экология: проблемы и пути решения: Тез. докл./Перм. ун-т. – Пермь, 1997. – С. 37-40.

15. Елдышев Ю.Н. Когда погаснут факелы на нефтепромыслах? / Ю.Н. Елдышев // Экология и жизнь. – 2007 – №10. – С. 58-61.

16. Зайцев В.В. Композиции АСКТ и новые летательные аппараты / В.П. Зайцев В.П. Разносчиков // Авиаглобус. – 2009. - №5 (http://aviaglobus.ru/project/askt/publications/compositions_askt_aircrafts_designing/)

17. Луканин В.Н. Промышленно-транспортная экология / В.Н. Луканин, Ю.В. Трофименко. – М: Высшая школа, 2001. – 273 с.

18. Мартюшева М.С. Влияние выбросов факельных установок газокомпрессорных станций на естественные фитоценозы / М.С. Мартюшева // Пермский аграрный вестник. – 2008. – С.94-96.

19. Методика расчета выбросов загрязняющих веществ из резервуаров и при сжигании попутного нефтяного газа на факельных установках – 1998. – СПС Кодекс.

20. Мэннинг У.Дж. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений / У.Дж. Мэннинг, У.А. Федер. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 143 с.

21. Орлов Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб. пособие для хим., хим.-технол. и биол. спец. вузов / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская. – М: Высшая школа, 2002. – 334 с.

22. ОСТ 51.40-93 Отраслевой стандарт. Газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным трубопроводам. Технические условия. – СПС Кодекс.

23. Проектная документация «Реконструкция УПСВ «Ярино» книга 7, раздел 2, Проектный ин-т «ПермьНИПИнефть». – Пермь.: 2010.

24. Ревзон А.А. Предупреждение природно-техногенных аварий при строительстве / А.А. Ревзон, А.П. Камышев, Я.С. Крафт // ЭКиП . – 2000. - №2. – С.42-46.

25. Сахаев, В.Г. Справочник по охране окружающей среды/В.Г.Сахаев, Б.В.Щербицкий. – Киев.: 1986. – 152 с.

26. Старкова Т.Е. Влияние факельных отбросов на фитоценозы / Т.Е. Старков, М.Т. Васбиева // Пермский аграрный вестник. – 2006. – С. 73-74.

27. Чернышенко О.В. Поглотительная способность и газоустойчивость древесных растений в условиях города / О.В. Чернышенко. – М.: Изд-во МГУЛ, 2002. – 119 с.

28. http://www.h2s.su/index.php-p=ochist.htm

29. http://www.himtrade.ru/product-2817/Oil-phenol.htm

30. http://infopravo.by.ru/fed2000/ch05/akt19889.shtm

31. http://www.geoda.ru/library/ecology/8/

32. http://manbw.ru/analitycs/png.html

33. http://manbw.ru/analitycs/hidrogen_sulfide_h2s.html

34. http://www.mining-enc.ru/n/neft/

35. http://primpogoda.ru/articles/ecology/benzapiren/

36. http://www.water.ru/bz/param/vanadium.shtml

37. http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=118117