Характеристика окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Окружающая среда - это не только набор природных условий и факторов, которые окружают все живые организмы, способствуя или препятствуя их развитию, но и сфера деятельности человечества, включая и природную, и антропогенную среду обитания. Человечество в процессе жизнедеятельности безусловно влияет на различные экологические системы. Весь ритм жизни человечества, как в прошедшие эпохи, так и сегодня, определялся одним -- возможностью доступа к тем или иным природным ресурсам. За годы такого сосуществования с природой запасы природных ресурсов заметно сократились.Сегодня важно осознавать неразрывную связь природы и общества, при этом, несмотря на все научно-технические достижения, человечество всё больше и больше зависит от окружающей среды. Здесь уместно вспомнить слова А.И. Герцена о том, что «природа не может перечить человеку, если человек не перечит её законам».

Человечество уже столкнулось в своей практике с ограниченностью природных ресурсов и воочию увидело губительные побочные воздействия своей неразумной хозяйственной деятельности на окружающую среду.

Время не ждёт, не за горами глобальная экологическая катастрофа. Наша задача всеми доступными методами стимулировать инициативу и предприимчивость, направленную на создание и внедрение новейших технологий, способствующих решению любых экологических проблем.

Главное -- не формирование полноты списка проблем, а осмысление причин их возникновения, характера и, что самое важное, в выявлении эффективных путей и способов их разрешения.

Одним из эффективных способов решения экологических проблем является создание безопасных методов очистки. Зачастую, примеры безопасного решения данных проблем нам подсказывает сама природа. Наиболее известен пример, когда углекислый газ, выделяемый животными, поглощается растениями, которые выделяют кислород, необходимый для дыхания животных. Другим примером, согласно исследованиям ученых, является очистка от нефтяного загрязнения с помощью весьма широко распространенных в окружающей среде микроорганизмов, способных к деструкции нефти и нефтепродуктов. При этом нефтеразрушающие микроорганизмы могут быть выделены из любой почвы, осадочных пород, морской и речной воды.

Почвенный покров Земли является важнейшим компонентом биосферы, который определяет многие происходящие в ней процессы. Однако загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами является наиболее «острой» из мировых экологических проблем, решение которой имеет первоочередное значение для нефтедобывающих стран, в том числе и для Российской Федерации.

Масштаб угрозы для жизни и здоровья населения страны возрастает с каждым днем, поскольку количество аварий, сопровождающихся значительными разливами нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации, ежегодно возрастает, так в 2013 году количество только официально зарегистрированных аварий составило более 30 тысяч.

Попадая в почву, нефть и нефтепродукты приводят к деградации растительного покрова, снижению продуктивности сельскохозяйственных земель, нарушению экологического равновесия в почвенных сообществах, происходит угнетение всех жизненных процессов в отдельных экосистемах и на биосферном уровне в целом.

Для обезвреживания нефтезагрязненных почвогрунтов используют различные способы очистки. Наиболее широко распространены механические, термические, химические способы очистки, имеющие ряд существенных недостатков. Не происходит утилизации загрязняющих веществ, которые остаются практически в неизменном виде, либо в процессе обезвреживания осуществляется негативное воздействие на компоненты окружающей среды, биологический ущерб от которого в некоторых случаях оказывается больше, чем возможный от загрязнения нефтью.

Способы биологической очистки, наиболее часто используемые на сегодняшний день для очистки нефтезагрязненных почв, также имеют ряд определенных недостатков: высокая стоимость используемых биопрепаратов; необходимость создания определенных условий, обеспечивающих эффективность биопрепаратов; необходимость предварительной подготовки участка загрязнения, не редко предусматривающая выемку загрязненного грунта.

Согласно современным данным, микроорганизмы, способные к деструкции нефти и нефтепродуктов, очень широко распространены в окружающей среде, однако численность микроорганизмов способных к разрушению нефтепродуктов в естественных сообществах в большой степени зависит от климатических условий, типов почв, степени их обработки, глубины залегания грунтовых вод и других факторов.

В связи с этим, актуальным направлением является разработка биосферосовместимых технологий, в которых используются микроорганизмы, которые в естественных условиях присутствуют в загрязненной среде.

экологический почвенный загрязнение биоремедиация

В рамках изучения биологических методов очистки, основанных на интенсификации жизнедеятельности микроорганизмов, в естественных условиях присутствующих в загрязненной среде, проводились многолетние камеральные исследования, рассматривающие возможность ускорения процессов деструкции нефти и нефтепродуктов с помощью внедрения структурообразующих субстратов в загрязненные почвы. Целью исследований заключалась определение повышения скорости деструкции нефти и нефтепродуктов в почвах под действием различных структурообразующих субстратов в процессе биоремедиации, и рассмотрение возможности применения аборигенной микрофлоры для очистки почв от нефтяного загрязнения.

Для проведения исследований были отобраны образцы подзолистых почв, которые наиболее широко распространенны на территории Свердловской области. Образцы подвергались загрязнению в соотношении 50 и 100 мл нефти на 1 кг почвы.

Исследуемый способ очистки почвы от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, включал в себя введение в загрязненную почву субстратов в виде торфа, измельченного мха сфагнума, опила соснового фракции до 10 мм. Субстраты в количестве 10-30% от объема загрязненной почвы были нанесены на поверхность образцов, и перемешивались с загрязненной почвой с периодичностью не реже одного раза в трое суток. В образцах почв поддерживалась влажность 60-70%. Комплекс указанных технологических операций выполнялся на протяжении 90 суток. В ходе камеральных работ определялась остаточная концентрация нефти в каждом из вариантов.

В результате проведенных исследований в слабозагрязненных почвах был достигнут положительный эффект. Так, в вариантах с добавлением структурообразующих субстратов: опил сосновый и мох сфагнум, было достигнуто снижение концентрации нефтепродуктов более чем на 61±1% от первоначального.

Кроме того, была выведена формула для определения динамики снижения концентрации углеводородов нефти в почвах во времени с исходной концентрацией до 4 г/кг для каждого из рассматриваемых вариантов.

В сильнозагрязненных почвах, загрязненных в расчете 10л на 1м2, за период проведения исследований максимальный эффект был также достигнут в варианте с добавлением опила соснового, концентрация нефти в котором за время проведения исследований сократилась до 59,6±1% от первоначального.

Для определения скорости снижения концентрации углеводородов нефти в почвах с исходной концентрацией до 7 г/кг, так же было выведено уравнение.

Полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что внесение структурообразующих субстратов способствует очищению почв от нефтяного загрязнения. К окончанию вегетационного периода биологическая деструкция привела к утилизации до 60% нефти от первоначального её содержания, что позволяет говорить об эффективности предлагаемого метода.

Среди предлагаемых вариантов субстратов, наиболее целесообразным является использование опила соснового, являющегося дешевым, экологически чистым сырьем, широко распространенным на территории Свердловской области в виде отхода лесоперерабатывающего производства.

Опил сосновый, являясь органическим удобрением, содержащим доступные элементы питания, создает благоприятные условия для развития микроорганизмов, присутствующих в почве до загрязнения, и тем самым обеспечивает развитие аборигенной нефтеусваивающей микрофлоры. Кроме того, внедрение опила соснового в загрязненные почвы способствует улучшению её структуры, усиливает почвенный газообмен и обеспечивает сорбцию нефтяных углеводородов на своей поверхности, предотвращая тем самым миграцию загрязнения на соседствующие компоненты окружающей среды.

Таким образом, включение органических структурообразующих субстратов, в состав загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв, при поддержании определенного водного и воздушного режима, обеспечивает восстановление сильнозагрязненных почв и является экологически безопасным и экономически выгодным методом.

Для достижения очистки почвогрунтов от нефтяного загрязнения до уровня ПДК были проведены дополнительные исследования по применению фиторемедиации. Фиторемедиация - это применение специально подобранных растений, которые «работают» своеобразными «насосами», выкачивающими загрязнение с помощью своей корневой системы. В качестве тест-объекта использовалась горчица обыкновенная. Время выращивания горчицы обыкновенной от момента посева в образцы загрязненных нефтепродуктами почвогрунтов до окончания исследований составило 15 дней.

В результате исследований по применению метода фиторемедиации в целях ускорениядеградации нефтяного загрязнения были достигнуты положительные результаты. Так, к концу второй недели исследований содержание остаточной нефти в образцах составляло: 29,5% в слабозагрязненных почвогрунтах, в сильнозагрязненных - 37%. Применение метода фиторемедиации создает более благоприятные условия для жизнедеятельности микрофлоры и позволяет значительно ускорить процесс деструкции нефтяного загрязнения.

Использование предлагаемых методов обеспечивает восстановление сильнозагрязненных почв и грунтов с последующей возможностью их дальнейшего хозяйственного использования, и является абсолютно экологически безопасным методом, позволяющим производить переработку накопленного загрязнения непосредственно на месте, без выемки и транспортировки загрязненных грунтов.

Включение органических структурообразующих субстратов, в состав загрязненных нефтью почвогрунтов, при поддержании определенного водного и воздушного режима, позволяет добиться практически полной деструкции нефтяного загрязнения, вследствие активизации жизнедеятельности аборигенной почвенной микрофлоры. Учитывая полученные результаты исследований, можно сделать вывод о перспективности использования предлагаемых методов очистки, основанных на интенсификации жизнедеятельности аборигенной микрофлоры с последующим применением фиторемедиации.

Охрана природы -- задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей окружающей среде, но до сих пор многие из нас считают их неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справиться со всеми выявившимися затруднениями. Однако уже сейчас воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, и разработаем методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого Природе Человеком.

Современная методика очистки грунта и почвы от нефти и нефтепродуктов

На данный момент рекультивация загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель, очистка грунта от нефтепродуктов, а также песка и нефтешлама проводится с использованием целого комплекса мер, который при грамотном формировании целостной технологической цепочки дает превосходные результаты при высокой производительности и относительной дешевизне процесса.

Ниже мы рассмотрим одну из наиболее экономически выгодных на сегодняшний день цепочек оборудования, на основе которой создано уже несколько импортных и как минимум одна отечественная установка переработки твердых нефтешламов (далее УПТН). Эта цепочка не включает в себя трехфазный декантер-центрифугу, методику утилизации нефтешламов с помощью которой мы описывали в этой статье, однако это во многом является преимуществом установок по переработке нефтешламов с высоким содержанием мехпримесей и для очистки грунта от нефтепродуктов, т.к.:

а) декантеры-центрифуги, как правило, могут перерабатывать нефтешламы с содержанием мехпримесей до 15%. Если мехпримесей больше, то нефтешлам необходимо разбавлять водой, что требует дополнительного оборудования и снижает производительность;

б) 3-фазный декантер без обвязки и сопутствующего оборудования производительностью 7-10 м3 в час стоит в России начиная с 250 000 Евро, включая НДС -- за эти деньги можно приобрети отечественный комплекс полного цикла, который будет справляться с вышеуказанными задачами на скорости до 15 м3 в час и с показателями очистки лишь незначительно хуже декантера.

Ниже описана типовая цепочка и принципиальная схема оборудования, необходимого для создания УПТН, отвечающего самым современным требованиям и жестким условиям эксплуатации в условиях России и стран СНГ.

Цикл I. Этап I. Подготовка шлама

Пример вибрационного грохота

На первом этапе первого цикла очистка почвы от нефтепродуктов начинает с предварительной подготовки загрязненной почвы (грунта, песка). Подготовка загрязненного материала заключается в загрузке и сортировке крупных включений (например камней) и их удалении. Для этого используют грохот, широко применяемый в горной промышленности.

Затем загрязненный материал перемешивают с подогретой до температуры 20ч80є С водой. Для этого может быть использована фрезерно-струйная мельница ФСМ-7, широко применяемая для приготовления промывочных жидкостей при бурении скважин на нефть и газ. При этом происходит разжижение и размельчение комков загрязненного материала, размельчении мелких остатков древесины и растительности.

ФСМ-7

Таким образом, происходит сортировка, удаление или размельчение крупных включений, например, камней размером более 100 мм; удаление древесины и растительности, размельчение и разжижение комков загрязненной почвы (грунта, песка), битумных включений. После чего разжиженная масса подвергается сортировке с удалением камней размером более 5 мм. Для этого применяется грохот с расположенной под ним поддоном-воронкой.

Цикл I. Этап II. Отмывка грунта

Далее, на втором этапе цикла очистка почвы от нефти осуществляется за счет процесса интенсивной отмывки частичек почвы (грунта, песка) в высокоскоростном турбулентном потоке горячей воды, при объемном соотношении воды к песку не менее 10:1. Отмывку проводят, например, с помощью последовательно установленных эжектора-смесителя, фитингов замкнутой циркуляционной системы, шламового насоса и гидроциклонов без применения чистящих средств. Воду, как правило, нагревают до температуры 20ч80є С и, при необходимости, добавляют в нее поверхностно-активные вещества (ПАВы).

Цикл I. Этап III. Разделение на фазы

Пример гидроциклона - илоотделителя

На третьем этапе первого цикла реализуется процесс окончательного разделения жидкой и твердой фазы методом гидроциклонирования (например, с помощью последовательно установленных песко- и илоотделителей). Жидкая фаза, прошедшая через весь цикл, на финальной стадии разделяется на две составляющие - нефтепродукты и воду (например, с помощью специально разработанной для этих целей многофункциональной емкости). Высвобожденная нефть и нефтепродукты не теряют своих потребительских свойств и могут быть использованы в качестве промышленного сырья. При этом по окончании цикла очистки проводится контроль качества очистки твердой фазы.

Загрязненная вода после циклов очистки расслаивается в многофункциональной емкости, где нефть и нефтепродукты скапливаются в верхней части емкости и направляются в приемный бункер для нефти и нефтепродуктов. При этом следует учесть, что цикл промывки является замкнутым -- отделенную от нефтешлама воду можно использовать в качестве промывочной, а ее излишки можно доочищать до норм сброса с помощью любого водоочистного оборудования, к примеру, установок серии КЛЮЧ или ПОТОК.

По завершении процесса очистки почвы от нефтепродуктов получают экологически чистый грунт (почва, песок), нефть и нефтепродукты.

Цикл отмывки почвы (грунта, песка) далее может быть повторен в зависимости от требуемой степени очистки почвы (грунта, песка).

Цикл II . Этапы I и II. Доочистка

На первом этапе второго цикла предварительно очищенный песок (еще содержащий органические соединения) отмывается в высокоскоростном турбулентном потоке подогретой воды в гидросмесителе, в фитингах замкнутой циркуляционной системы, шламового насоса и гидроциклонов, при объемном соотношении воды к песку 10:1.

На втором этапе второго цикла при помощи метода гидроциклонирования очищенный песок отделяется от жидкой фазы, которая на финальной стадии разделяется в многофункциональной емкости на воду и нефтепродукты, а также на продукты их распада.

Возможное применение моющего средства только на заключительной стадии очистки грунта от нефтепродуктов позволяет избежать пагубного воздействия на высвобождаемые нефть и нефтепродукты.

Далее предлагаем Вам ознакомиться с принципиальной схемой работы такой установки.

Принципиальная схема

Типичная УПТН работает следующим образом.

На стадии предварительной подготовки очищаемый материал загружают в камневыделитель (1), где происходит сортировка и удаление включений размером более 100 мм. Затем очищаемый материал направляют в мешалку (2), где происходит смешивание с подогретой водой и измельчение крупных включений. Далее очищаемый материал поступает в грохот (3), где происходит отделение камней размером более 5 мм. Весь отсортированный после грохотов материал (крупные камни, древесина, промышленный мусор) собирается в бункер (4). Под грохотом (3) расположена поддон-воронка (5), где собирается освобожденная от камней разжиженная масса. Далее, через шнековый насос (6) разжиженная масса подается в бункер (7) для временного хранения или непосредственно для очистки в бункер (18).

На стадии очистки, одновременно с подачей очищаемой массы в бункер, нагретая вода из многофункциональной емкости (16) с помощью центробежного насоса (15) подается в эжектор-гидросмеситель (14), смешивающий разжиженную массу, поступающую из бункера (18), с горячей водой в турбулентном режиме. На данной стадии происходит процесс отмывки частичек грунта от нефти и нефтепродуктов.

Далее происходит процесс разделения жидкой и твердой фазы. Из эжектора-гидросмесителя (14) очищаемая масса с помощью центробежного шламового насоса (11) подается в гидроциклон-пескоотделитель (9), после чего с помощью центробежного шламового насоса (10) очищаемая масса подается в гидроциклон-илоотделитель (8). Далее, посредством системы желобов, очищенная твердая фаза отправляется на разгрузку.

При повторном цикле очистки твердая фаза посредством системы желобов направляется в бункер (13) для повторной очистки.

Стоит отметить, что существует несколько принципиальных схем работы комплекса, например, только на гидроциклон-пескоотделитель (9) без применения гидроциклона-илоотделителя (8) и центробежного шламового насоса (10) или с их периодическим подключением. Выбор той или иной схемы подключения определяется параметрами загружаемого материала на входе и позволяет настроить УПТН на оптимальный режим работы.

На стадии разделения жидкой фазы отделенная жидкая фаза, смешанная с нефтепродуктами, поступает в многофунциональную емкость (16), где происходит разделение воды от нефтепродуктов. Вода затем возвращается в цикл очистки, а нефтепродукты отгружаются. При этом нефть и нефтепродукты не теряют своих потребительских качеств.

Размещено на Allbest.ru