Экологические проблемы нефтяной промышленности России



В статье исследованы экологические проблемы влияния нефтяной промышленности в России, исследовано, насколько пагубной является нефтяная промышленность для окружающей среды; рассмотрены основные пути уменьшения её пагубного воздействия.

В работе сделан вывод о том, что нефть и нефтепродукты являются одними из самых распространённых и опасных техногенных загрязнителей, что обусловливается способностью углеводородов образовывать токсичные соединения в почвах, поверхностных и подземных водах; негативное воздействие нефтяной промышленности обусловлено непосредственной деградацией почвенного покрова на участках разлива нефти и воздействием её компонентов на сопредельные среды, вследствие чего продукты трансформации нефти обнаруживаются в различных объектах биосферы.

Ключевые слова: нефть, нефтеперерабатывающая промышленность, загрязнение, токсичность, радионуклиды, окружающая среда

Современное интенсивное хозяйствование на первый план выдвинуло удовлетворение безграничных растущих материальных потребностей человека. Достижения человека стали определяться совокупной ценностью изготавливаемых товаров и услуг. Создалась антиприродная система развития производства и потребления, природа стала нужной вещью, предметом для человека, её перестали воспринимать как сложную систему, которая обеспечивает жизнь биосферы и самого человека.

Добыча полезных ископаемых является одной из самых вредных деятельностей человека, которая с нарастающим темпом убивает окружающую среду, с одной стороны, удовлетворяя потребности людей, а с другой — ухудшая экологическую ситуацию на планете. Человек для удовлетворения своих потребностей забирает ежегодно около 300 млрд. минерального природного сырья, а создаёт конечный продукт не больше 2–3 % от этой массы. Отходы, оставшиеся после добычи сырья, поступают в биосферу — из них 2.5 % газообразные, 4 % жидкие, остальные — твёрдые, из которых 2 % являются опасными (токсичными, канцерогенными, мутагенными).

Деятельность человека, если её рассматривать с точки зрения выноса на поверхность земли отходов минерального сырья, можно сравнить с геофизическими процессами. Этот технический результат уже давно не вписывается в природный биотический круговорот, то есть живое существо уже не в состоянии включить такое количество антропогенных выбросов в свои пищевые цепи, причём некоторые из них являются токсичными для живых организмов и все они становятся загрязнителями и разрушителями природных систем.

Одним из серьёзных загрязнителей окружающей среды является нефтяная промышленность. Нефть в современном мире является одним из самых востребованных веществ, которое продолжает технологический процесс и облегчает жизнь людей, однако она является крупнейшим загрязнителем природно-антропогенной системы. Нефть занимает лидирующие позиции на мировом рынке топлива, её добывают в 80 странах мира, 40 % добываемой нефти поступает на рынок. Крупнейшими производителями нефти являются Венесуэла, Канада, Иран, Ирак, Кувейт, ОАЭ, Россия, Ливия, Нигерия, США. По статистическим данным за 2016 год, на конец 2015 года лидером по доказанным объёмам запасов нефти является Венесуэла, на которую приходится 47 млрд тонн запасов нефти или 17.7 % мировых запасов. На Российскую Федерацию приходится 6.0 % мировых запасов (14 млрд тонн). Всемирный объём доказанных запасов нефти на конец 2015 года составил 239.4 млрд тонн [1, p. 6]. На страны-члены ОПЕК пришлось в 2015 году 71.4 % доказанных мировых запасов.

Основная часть мощностей нефтеперерабатывающей промышленности сосредоточена в развитых странах, в том числе в США — 21 %, в Западной Европе — 20 %, Японии — 6 %. На долю России приходится 17 %.

Современные масштабы развития российской экономики и связанный с этим рост загрязнения окружающей среды, ставят под угрозу экологическое равновесие и здоровье нации. Поскольку Россия является мировым лидером по добыче нефти [12], загрязнение природной среды нефтью и сопутствующими загрязнителями является острейшей экологической проблемой во многих регионах России, а масштабы влияния нефтяной промышленности на окружающую среду нашей страны вызывают очень серьёзную обеспокоенность.

Изучением пагубного влияния нефтепродуктов на окружающую среду в настоящее время занимаются многие исследователи, среди них О. Г. Миронов, И. А. Немировская, Р. П. Круглякова, Т. С. Смирнова, Л. И. Сваровская, И. Г. Ященко, Л. К. Алтунина [14], А. А. Чибилёв [15] и другие.

Целью данной работы является оценка воздействия нефтяной промышленности на экологическую ситуацию в России.

Нефтяная промышленность несёт в себе колоссальные опасности для окружающей среды и может вызывать последствия на разных уровнях: вода, воздух, почва, и, следовательно, все живые существа на нашей планете. Потребность в большом количестве воды обуславливается необходимостью размещения предприятий вблизи водоёмов, что, в свою очередь, заставляет принимать меры по защите водных объектов от загрязнения.

Наиболее распространённым и опасным следствием деятельности нефтяной промышленности является загрязнение нефтепродуктами, которое связано практически со всеми видами деятельности на всех этапах добычи нефти, от исследовательской деятельности до переработки. Другие воздействия нефтяной промышленности на окружающую среду проявляются в усилении парникового эффекта, появлении кислотных дождей, снижении качества воды, загрязнении грунтовых вод и т. д., потере биоразнообразия.

Одним из главных элементов нефтедобывающего процесса является бурение. Разведочное бурение поисковых нефтяных месторождений, а также эксплуатация скважин негативно влияют на окружающую среду, однако наибольшее количество загрязняющих веществ попадает в окружающую среду в результате аварийных ситуаций, но и при нормальных условиях прохождения производственного процесса окружающая среда, в частности педосфера и гидросфера, подвергается разрушению. Это в основном связано с образованием значительных объёмов отходов, в частности таких, как отработанная промывочная жидкость, удалённая порода и буровые сточные воды. В состав отходов, образующихся в процессе бурения, входит широкий спектр веществ органического и неорганического происхождения. При эксплуатации скважин для интенсификации добычи углеводородного сырья используют концентрированные растворы различных кислот, поверхностно-активных веществ, ингибиторов и др. Образование значительного количества промышленных отходов при сооружении нефтегазовых скважин, а также обеспечение надёжного их хранения, обезвреживания, захоронения или вывоза в места удаления представляет собой очень серьёзную экологическую проблему. Около половины (56 %) общего объёма отходов составляют буровые сточные воды, 28 % приходится на отработанную промывающую жидкость, в остальные 16 % входят раствор для испытания и удалённая порода. За цикл использования воды в технологическом процессе содержание нефтепродуктов в буровом растворе сточных вод растёт в 260–760 раз, содержание взвешенных веществ — в 146–400 раз, содержание органических веществ — в 348–652 раз, содержание водорастворимых солей и другие показатели растут сравнительно существенно.

Как свидетельствует опыт эколого-геологических исследований, для почв нефтепромысловых районов характерными являются такие загрязняющие вещества [1]: нефть, нефтепродукты, фенолы, тяжёлые металлы (Сr, Mn, Fe, Со, Ni, Сu, Zn, Рb, Сd, V), азотные соединения (ионы нитрата и аммония).

Следует заметить, что загрязнение почвы нефтепродуктами в результате деятельности автотранспорта существенно отличается от разливов нефти при добыче и транспортировке, так как при этом в нижние горизонты нефтепродукты проникают постепенно, по мере роста концентрации веществ на поверхности. В их перечень входят практически все автотранспортные предприятия, трубопроводный транспорт, предприятия нефтехимической и нефтегазодобывающей промышленности. Аварии, связанные с выбросом углеводородов, случаются как в результате отказа оборудования (чаще электрохимическая и биологическая коррозия), так и в случае несанкционированного проникновения в трубопроводы.

При сооружении скважин потенциальными загрязняющими веществами являются: промывочные жидкости и тампонажные растворы; буровые сточные воды и буровой шлам; пластовые флюиды; горюче-смазочные материалы и другие отходы сооружения скважин.

В таблице 1 представлены усреднённые результаты исследований отходов бурения на содержание тяжёлых металлов.

Таблица 1

Содержание тяжёлых металлов впромывающих жидкостях

Элемент	Содержание вэкстракте, мг/дм3
Кадмий	1,8
Медь	41,5
Хром	430
Ванадий	<3

Перечисленные воздействия воспринимаются различными компонентами природной среды, среди которых породы, межпластовые воды, грунтовые воды, почвы, поверхностные воды. Откачка нефти связана с последующим её сохранением на поверхности. Вследствие постепенной фильтрации возникает загрязнения компонентов природной среды.

Грунт, загрязнённый углеводородами, отличается маслянистостью, что делает невозможным его дальнейшее использование для сельскохозяйственных целей. На территориях нефтепромыслов и вдоль нефтепроводов, почвы, поверхностные и подземные воды загрязняются нефтью и нефтепродуктами и сопутствующими токсичными веществами, что превращает плодородные земли в экологически критические экосистемы. Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений: алканов (парафиновые или ациклические насыщенные углеводороды), некоторых циклоалканов (нафтенов) и ароматических углеводородов различной молекулярной массы, а также кислородных, сернистых и азотистых соединений. Характерными загрязнителями, образующимися в процессе добычи нефти, являются углеводороды (48 %), оксид углерода (32 %), твёрдые вещества (20 %).

Сырая нефть представляет собой смесь множества различных видов органических соединений, многие из которых являются высокотоксичными и вызывающими рак (канцерогены).

Как мы уже отмечали, на долю России приходится 17 % мощностей нефтеперерабатывающей промышленности, а нефтеперерабатывающие заводы, как правило, считаются основным источником загрязняющих веществ в районах, где они расположены. Отработанные нефтепродукты являются токсичными отходами, которые имеют невысокую степень биоразложения (10–30 %). Токсичность нефтепродуктов определяется сочетанием углеводородов, входящих в их состав. В частности, арены (ароматические углеводороды) являются сильнейшими канцерогенами в составе нефтепродуктов, также значительное токсическое действие оказывают олефины, соединения серы, азота и кислорода. Нефтеперерабатывающие заводы являются основным источником опасных и токсичных загрязнителей воздуха, таких как бензол, толуол, этилбензол и ксилол. Они также являются основным источником загрязняющих веществ в воздухе: твёрдые частицы, оксиды азота (NOx), окись углерода (СО), сероводород (H₂S) и диоксида серы (SO₂). Нефтеперерабатывающие заводы также высвобождают менее токсичные углеводороды, такие как природный газ (метан) и другие лёгкие летучие вещества. Выбросы этих опасных веществ в воздух могут происходить в результате протечки оборудования, процессов горения при высокой температуре, нагревания паровых и технологических жидкостей и т. д.

Особенно большой вред отработанные нефтепродукты приносят водным ресурсам. Так, по оценкам экспертов, один литр отработанного масла может загрязнить около семи миллионов литров грунтовых вод. Накопление нефтепродуктов приводит к уменьшению растворенного кислорода и вызывает смертность многих видов водных организмов. Так, при концентрации нефти 4000 частей на миллион (промиле) очень быстро погибает рыба [8].

На территории России вредному экологическому воздействию подвержены тысячи квадратных километров нефтеносных площадей. Основной проблемой является так называемая «ползучая катастрофа» — тотальное загрязнение пресных подземных и поверхностных вод попутно извлекаемыми рассолами и нефтью. Загрязнённые несколько десятилетий назад водоносные горизонты даже при ликвидации источников загрязнения будут самоочищаться около 150–200 лет. Некоторые заводы используют глубоководные нагнетательные скважины для утилизации сточных вод, которые попадают в водоносные слои и грунтовые воды. Сточные воды на нефтеперерабатывающих заводах очень сильно загрязнены, учитывая количество источников, которые вступают в контакт в процессе нефтепереработки (например, протечка оборудования, разливы и обессоливание сырой нефти). Эта загрязненная вода может содержать нефтяные остатки и многие другие опасные отходы. Вследствие коррозии трубопроводов, нарушения технологии и сроков эксплуатации в течение года происходит около трёх порывов нефтепроводов и водоводов пластовой воды. Средний объём сбросов нефти и рассолов с каждого порыва составляет приблизительно 5м³.

Нефтепродукты, попадающие в воду, образуют сначала слой на поверхности, при этом лёгкие углеводороды начинают испаряться. В водный раствор переходят жирные, карбоновые и нефтяные кислоты, а также фенолы и крезолы. Через несколько дней после поступления в результате химического и биохимического разложения образуются другие растворимые соединения — окисленные углеводороды, токсичность которых значительно выше. Донными отложениями сорбируется часть нефтепродуктов, попавших в воду, причём наибольшей сорбционной способностью обладают глинистые илы.

Серьёзную опасность представляет собой загрязнение почвы в процессе переработки нефти, и хотя эта проблема, по сравнению с загрязнением воздуха и воды, является менее значимой, ущерб для окружающей среды наносится колоссальный. Многие остатки образуются в процессе рафинирования, некоторые из них проходят переработку на других этапах процесса. Другие остатки собираются и вывозятся на свалки. Загрязнение почвы, включая некоторые опасные отходы, отработанные катализаторы или коксовую пыль, происходит в результате утечек, аварий или разливов, а также в процессе транспортировки.

Главным образом, токсичность отработанных масел растёт из-за постепенного увеличения содержания бенз(а)пирена. Содержание в отработанных маслах бенз(а)пирена в большинстве стран служит показателем их опасности, поскольку суммарное токсическое действие бенз(а)пирена примерно в 10000 раз выше, чем у оксидов азота, которые также образуются в работающих маслах. Содержание бенз(а)пирена может увеличиваться до 15 мг / кг (общее содержание полициклических аренов до 482 мг / кг), а доля от общей канцерогенности отработанного масла составляет 18 %. Бенз(а)пирен является сильнейшим канцерогеном, мутагеном, токсичным, устойчивым, биоаккумулятивным веществом, вследствие чего в июне 2016 года по решению Евросоюза оно было добавлено в список особо опасных веществ [6]. Доказано, что это вещество оказывает очень серьёзное вредное воздействие на человеческий организм и окружающую среду.

Отработанные масла содержат в своём составе по разным оценкам около 38 химических соединений, обладающих мутагенным и канцерогенным действием. Среди этих соединений, кроме бенз(а)пирена, надо выделить фураны, диоксины, полихлордифенилы и другие соединения. Последние два включены Стокгольмской конвенцией в список токсичных стойких органических загрязнителей планеты [13] (Российская Федерация ратифицировала конвенцию лишь в 2011 году, приняв Федеральный закон «О ратификации Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях» [12]).

Ещё одной экологической проблемой является радиоактивность некоторой нефти и пластовых вод. В процессе осуществления общественного экологического контроля Союз экологов Республики Башкортостан обнаружил несколько десятков аномальных участков с уровнем радиации по гамма-фону до 950 микрорентген в час (норма — 35) на территории Башкортостана и Татарстана.

Технологически обогащённые природные радиоактивные материалы (TENORM) образуются в результате использования радиоактивных материалов природного происхождения в процессе добычи нефти. Твёрдые солевые отложения, шлам и пластовые воды, образующиеся при добыче нефти, могут содержать уран, торий, радий и другие природные радионуклиды. Уровни радия в почве и горных породах сильно различаются, как и их концентрации в твёрдых солевых отходах и шламах. Твёрдые солевые отходы состоят преимущественно из нерастворимого бария, кальция и соединений стронция, который выпал в осадок из полученной воды в результате изменений температуры и давления [5].Основным радиоактивным элементом, который накапливается в твёрдых фракциях, является радий. Концентрации радия-226 в твёрдых фракциях, как правило, выше, чем радия-228 [3].

Твёрдые солевые отложения обычно образуются на внутренней поверхности воздуховодов, насосов и клапанов, а также на стенках резервуаров. Как правило, самые высокие концентрации радиоактивных элементов находятся на устье трубопровода и в производственном трубопроводе вблизи устья скважины. В процессе добычи нефти образуется вода, которая выходит с нефтью. Промысловая вода представляет собой сочетание пластовой воды, которая возникает естественным образом в резервуаре, и воды, которая впрыскивается в скважину для увеличения давления, необходимого для извлечения нефти [11].

Пластовая вода богата хлоридом или сульфатом, солями щелочноземельных металлов, таких как кальций, барий, радий, стронций. Промысловая вода закачивается в глубокие скважины или обрабатывается для повторного использования. Вода, которая впрыскивается в скважины, может поступать из близлежащих скважин, но в большинстве случаев промысловая вода используется повторно. В результате сведения этих вод нарушается химическое равновесие и может произойти осаждение соли. В процессе работы осадки постепенно концентрируются и накапливаются, образуя твёрдые фракции [4, 9, 3]. В пластовых водах содержатся концентрированные уровни радия и продуктов его распада, но эти концентрации отличаются на разных участках.

Шлам представляет собой смесь остатков, образованных в процессе добычи нефти. Он состоит из песка, который откачивается при добыче нефти, тяжёлых углеводородов, таких как парафин, и кусков твёрдых солевых отложений, которые отрываются от стенок трубопровода. В шламе, как и в твёрдых солевых отходах, содержание Ra-226 превышает содержание Ra-228. Средняя концентрация радия в шламе значительно отличаться в разных местах. Хотя концентрация излучения в шламах ниже, чем в твёрдых солевых отходах, шламы более растворимы и, следовательно, более легко высвобождаются в окружающую среду, создавая более высокий риск заражения.

Открытой проблемой в масштабах России является то, что место и способы утилизации сотен тонн ежегодно образующихся в каждом нефтепарке радиоактивных осадков и слаборадиоактивных сточных вод, которые образуются при пропаривании бывших в употреблении насосно-компрессорных труб, до сих пор неизвестны.

Проведённые исследования подняли на новую ступень развитие экологической науки в сфере загрязнения окружающей среды в процессе добычи и переработки нефти. Полученные результаты свидетельствуют о том, что воздействие нефтяной промышленности на окружающую среду является крайне отрицательным в виду выбросов большого количества веществ, которые являются очень токсичными почти для всех форм жизни, и способствует изменению климата на Земле. Нефть, как правило, тесно связана практически со всеми аспектами современного общества, она представляет собой гораздо больше, чем просто один из основных источников энергии, который используется человечеством.

Причины пагубного влияния нефтяной отрасли России на окружающую среду известны и кроются в неадекватности требований экологической безопасности применяемых технологий добычи и транспортировки нефти; низком проценте финансовых вложений в развитие научных разработок и их осуществление; крайне недостаточном материальном оснащении и обновлении основных фондов; низкой экологической культуре производства; изоляции отрасли от государства и общества.

Необходимо более глобально подходить к решению одной из самых актуальных проблем XXI века, проблем, связанных с нефтяным загрязнением среды. Экологизация нефтяных компаний России позволит не только уменьшить загрязнение среды, но и получить чистое сырьё, что, в свою очередь, повысит доходы компаний, работающих в данной сфере.

Литература:

1. BP Statistical Review of World Energy (June 2016). — 65-th edition. — 48 p. Code of access: https://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/energy-economics/statistical-review-2016/bp-statistical-review-of-world-energy-2016-full-report.pdf
2. Environmental and Toxic Torts / Chemical Injury Attorneys. Code of access: http://www.lockslaw.com/practice-areas/environmental-and-toxic-torts/
3. Hamlat, M. S.; Kadi, H.; Fellag, H. Precipitate containing NORM in the oil industry: modelling and laboratory experiments. Applied Radiation and Isotopes, 59: 93–99, 2003.
4. Hebert, M. B.; Scott, L. M.; Zrake, S. J. A radiological characterization of remediated tank battery sites. Health Physics, 68(3): 406–410, 2015.
5. Natural Radioactivity in the Petroleum Waste from Iraqi Refinery // International Journal of Recent Research and Review, Vol. VII, Issue 3, September 2014.
6. Official website of the European Union. Code of access: https://europa.eu/european-union/index_en
7. Oil still drives many conflicts of today and thusly its production proves a critical factor to consider. Code of access:http://www.globalfirepower.com/oil-production-by-country.asp
8. Prasad M. S.; Kumari K. Toxicity of Crude Oil to the Survival of the Fresh Water FishPuntius sophore (HAM.). Acta Hydrochimica et Hydrobiologica. Code of access:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aheh.19870150106/abstract
9. Smith, K. P., Blunt, D. L., Arnish, J. J. Potential radiological doses associated with the disposal of petroleum industry NORM via landspreading, prepared for U. S. Department of Energy, National Petroleum Technology Office, Tulsa, Oklahoma, by Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois, 2012.
10. TENORM: Oil and Gas Production Wastes // US Environmental Protection Agency. Code of access: https://www.epa.gov/radiation/tenorm-oil-and-gas-production-wastes
11. Vegueria, S. F. J., Godoy, J. M., Miekeley, N. Environmental impact studies of barium and radium discharges by produced waters from the “Bacia de Campos” oil-field offshore platforms, Brazil. Journal of Environmental Radioactivity, 62: 29–38. 2014.
12. О ратификации Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях: Федеральный закон от 27.06.2011 N 164-ФЗ // Российская газета. — № 5514 (138), 29 июня 2011 г.
13. Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях, 2001 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.un.org/ru/documents/decl_conv/conventions/pdf/pollutants.pdf
14. Сваровская Л. И. Геоинформационные технологии для мониторинга антропогенного воздействия продуктов сжигания попутного нефтяного газа на окружающую среду / Л. И. Сваровская, И. Г. Ященко, Л. К. Алтунина // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. — № 6. — 2014. С. 41–45.
15. Чибилёв А. А., Мячина К. В. Геоэкологические последствия нефтегаздобычи в Оренбургской области» — ИСтепи УрО РАН, 2007 г.