Загрязнение окружающей среды нефтепродуктами и их опасность для здоровья человека

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»  
 

Факультет ТЕХНОЛОГИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ 

Кафедра биотехнологии и биоэкологии 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА  

По дисциплине «Биология и основы токсикологии»  

Тема: «Загрязнение окружающей среды нефтепродуктами

и их опасность  для здоровья человека» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                  Выполнила студентка 4 курса гр. ФХМП-2

                                  Факультета заочный

                                  Балашко Е. И.

                                  Проверил:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Минск, 2011 
 

     Реферат 

      24 стр., 9 источников 

НЕФТЬ, ПРИРОДНЫЙ ГАЗ, ОТХОДЫ, ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА, ЧЕЛОВЕК, ЗДОРОВЬЕ 

      Целью выполнения данной курсовой работы является определение негативного воздействия нефти и нефтепродуктов на окружающую среду и здоровье человека.

      Были  проанализированы источники попадания  нефтепродуктов в окружающую среду, а  также оказываемое влияние вредных веществ, находящихся в нефтепродуктах, на здоровье человека.  

      Содержание 

     Введение  ………………………………………………………………………………….3

     Основная  часть……………………………………………………………………………5

     Заключение  ………………………………………………………………………………20

      Введение 

     Состояние окружающей среды в настоящее время является одной из тех проблем, которые так или иначе затрагивают почти каждого человека.

     Промышленное  производство во всех странах мира непрерывно развивается. В связи  с этим увеличивается количество потребляемых природных ресурсов и объем вредных выбросов, губительно воздействующих на биосферу.

     На  начальных этапах развития промышленности увеличение роста отходов происходит пропорционально развитию производства. Затем закономерность нарушается, и  количество отходов начинает увеличиваться по отношению к росту производства по экспоненциальному закону. Это свидетельствует о том, что на начальных этапах использовалась способность природы к самоочищению, а затем была исчерпана.

     Развитие  производства невозможно без применения природных ресурсов. Ежегодно человечество расходует миллиарды тонн природных богатств – уголь, руду, нефть, строительные материалы, водные ресурсы.

     Нефть и газ остаются главными природными источниками, удовлетворяющими потребности человечества в энергии. В мировых запасах горючих ископаемых нефть составляет 10 %, а уголь – 70 %. В настоящее время эксплуатируют около 10 – 15  % запасов разведанных угольных месторождений и около 65 – 70 % - нефтяных.

     Установлено, что на каждого жителя планеты  добывается порядка 20 т/год минерального сырья. При этом менее 10 %  сырьевых компонентов превращаются в продукцию, а остальные 90 % переходят в отходы.

     Образующиеся  отходы представляют большую опасность  для природной экосистемы Земли. 

     В природных условиях многие из токсичных  элементов находятся в малорастворимой форме или защищены от контакта с окружающей средой. В процессе переработки такого сырья токсичные элементы переходят в растворимую легко усвояемую форму и поэтому представляют собой большую опасность. [1, с. 10-11]

     При нарастающем техногенном загрязнении окружающей среды активно увеличивается и спонтанное проявление чрезвычайных ситуаций. Наибольшую опасность создают разливы нефти ввиду большого вреда не только окружающей среде, но и здоровью населения.

     Поскольку очистка от таких загрязнений сложна и длительна, большую актуальность приобретает разработка четких и эффективных  технологий ликвидации последствий загрязнений. Поэтому работы в этом направлении, как и теоретические, так и экспериментальные, становятся необходимыми и актуальными. [2, с. 24]

     Попадая в природные экосистемы, нефтяные углеводороды вызывают нарушение биологического равновесия в течение длительного времени. Поэтому проблема предотвращения и ликвидации нефтяных загрязнений в почве и воде является весьма целенаправленной. Проблемы управления качеством окружающей среды наиболее ярко проявляются на предприятиях нефтяного комплекса, особенно в условиях больших городов, так как огромная энергонасыщенность предприятий, образование и выбросы вредных веществ только создают техногенную нагрузку на окружающую среду, но и представляют реальную опасность для здоровья людей. [2, с. 24-25]

     В настоящее время невозможно представить  ни один вид человеческой деятельности, прямо или косвенно не связанный  с влиянием на организм химических веществ, количество которых составляет десятки тысяч и продолжает непрерывно расти.  [8, с. 3-4]

     Существующие  нефтеперерабатывающие заводы рассчитаны на переработку миллионов тонн нефти и поэтому являются интенсивными источниками загрязнения окружающей среды. Зона загрязнения воздуха мощных нефтеперерабатывающих заводов простирается на расстояние 20 и более километров. Количество выделяющихся вредных веществ определяется мощностью нефтеперерабатывающего завода и составляет (процент от мощности предприятия): углеводороды 1,5 - 2,8; сероводород 0,0025 - 0,0035 на 1% серы в нефти; оксид углерода 30 - 40 % от массы сжигаемого топлива; сернистый ангидрид 200 % от массы серы в сжигаемом топливе. Большая часть потерь углеводородов поступает в атмосферу (75 %), в воду (20 %) и в почву (5%). [7, с. 123]

     За  одни сутки крупный нефтеперерабатывающий  завод может выбросить в атмосферу  до 520 т углеводородов, 1,8 т сероводорода, 600 т окиси углерода, 310 т сернистого газа, а выхлопные газы автомобилей, этих по сути дела химических фабрик на колесах, содержат на 1 т сжигаемого горючего от 12 до 24 кг окислов азота, от 0,3 до 5 кг аммиака и углеводородов, до 4—5% окиси углерода.

     С увеличением удельного веса воздушного транспорта возрастает опасность авиационных выхлопных газов: один реактивный самолет оставляет после взлета и при посадке ядовитый шлейф, равный по объему выхлопным газам 7 тыс. автомашин. Из изложенного следует, что разработка действенных мер борьбы с отрицательным влиянием вредных химических факторов на организм человека становится одной из первоочередных задач науки и практики. [8, с. 4] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Основная часть 

     Нефть представляет собой сложную смесь  углеводородов. Состав и физико-химические свойства нефти из разных месторождений  значительно различаются. [1, с.309]

     При всем многообразии состава нефти  выделяют три основные группы соединений:

      - алканы – парафиновые (ациклические) насыщенные углеводороды. Они представлены  растворенными в нефти газами, жидкими продуктами и твердыми  гомологами метанового ряда. Их содержание в нефти составляет 30 – 50 %;

      - нафтены включают моно-, би- и  полициклические соединения. В боковых  цепях атомы водорода могут  быть замещены алкильными группами. Содержание этой группы углеводородов  в различных сортах нефти колеблется от 25 до 75 %;

      - арены – ароматические углеводороды  ряда бензола. Они могут быть  представлены моноциклическими (бензол, толуол, ксилол) или полициклическими (нафталин, антрацен) структурами. В нефти их содержится до 10 – 20 %, реже – до 35 %.

     Кроме того, нефть имеет некоторое количество углеводородов смешанного (гибридного) состава, например, парафино-нафтеновые и нафтено-ароматические соединения. [1, с. 312]

     Помимо  углеводородов в нефтепродуктах находятся кислород-, серо- и азотсодержащие соединения. Малосернистые нефти содержат до 0,5% серы, высокосернистые — свыше 2%. Содержание азота и кислорода колеблется от десятых долей до 1,2—1,8%. В нефтях обнаружено свыше 20 различных элементов (V, Ni, Са, Mg, Fe, Ai, Si, Na и др.). [5, с. 74]

     Источники поступления нефти  и ее производных  в окружающую среду.

     Освоение  и добыча нефти и газа – крупная  промышленная отрасль, оказывающая  негативное влияние на состояние окружающей среды.

     При добыче углеводородного сырья на суше отрицательное влияние на окружающую среду выражается в следующем:

      - изъятие земельных ресурсов  для строительства объектов нефтедобычи;

      - токсичность добываемого сырья;

      - выбросы загрязняющих веществ  в атмосферу и сбросы жидких  отходов в поверхностные и подземные воды;

      - извлечение с нефтью высокоминерализированных подземных вод и сброс их в природные водоемы;

      - токсичность отходов бурения  и необходимость их захоронения;

      - аварийные разливы нефти.

     Ежегодно  газонефтедобывающей отраслью вырабатывается около 1650 тыс. т. вредных отходов, значительное количество которых приходится на жидкие и газообразные вещества. Основными загрязняющими веществами являются углеводороды – около 48 % суммарного выброса.

     При добыче, переработке и транспортировке  природного газа наибольший вред окружающей среде наносится выбросами вредных веществ в атмосферу – при добыче газа улавливается и обезвреживается только около 20 % общего объема отходящих веществ. Этот показатель один из самых низких среди всех отраслей промышленности.

     В выбросах присутствуют, % суммарного выброса в атмосферу: оксид углерода – 28,1; углеводороды – 25,1; оксиды азота – 7,1; диоксид серы – 5,3. [1, с. 309]

     Нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия  являются источником выделения в  атмосферу полиядерных ароматических углеводородов. Особенно это характерно для крекинга высококипящих продуктов, производства кокса и сажи.  [5, с. 25]

     На  нефтеперерабатывающих и нефтехимических  предприятиях основные источники организованных выбросов — дымовые трубы технологических печей, печей сжигания отходов, ТЭЦ, котельных; свечи газомоторных компрессоров, пароэжекционных установок, регенераторов катализатора, электрофильтров, окислительных кубов, хвостовых выбросов, циклонов, скрубберов, абсорберов, факела; вентиляционные трубы и аэрационные фонари производственных помещений, грануляционных башен, воздушки емкостей и аппаратов, диффузоры градирен. [5, с. 16]

     Неорганизованные  выбросы — выбросы, образующиеся на открытых поверхностях очистных сооружений, выделяющиеся через неплотности  технологического" оборудования, в местах складирования сыпучих веществ. К ним относятся и так называемые условно организованные выбросы из резервуаров, сливно-наливных эстакад, градирен.

     Вредные примеси, выбрасываемые в атмосферу  предприятиями по производству продуктов из углеводородов нефти и газа, можно разделить на следующие группы: твердые частицы; кислые компоненты (оксид и диоксид углерода, диоксид серы, сероводород, оксиды азота): углеводороды и их производные, т. е. органические соединения. [5, с. 16]

     Выбросы нефтеперерабатывающих производств (иногда без очистки) являются источниками загрязнения окружающей среды. Причины выбросов — расположение технологического оборудования на открытых площадках, неполная его герметизация, неудовлетворительная работа очистных сооружении. [5,с. 7]

     Большая доля выбросов приходится на автомобильный  транспорт. В выхлопных газах двигателей содержатся оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, оксиды серы, канцерогенные вещества (например, бензапирен), а также свинец, поскольку до сих пор применяется этилированный бензин.

     В атмосферу с выбросами попадают и отработанные минеральные масла, обладающие канцерогенным действием.

     Загрязнение воздуха диоксидом углерода от выхлопных  газов автомобилей, от факелов нефтеперерабатывающих заводов, горнометаллургических предприятий, от факелов нефтепромыслов создает «парниковый» эффект, в результате чего уменьшается рассеяние и отражение солнечного света, следовательно, возможен перегрев атмосферы. [5,с. 7]

     Загрязнение атмосферы происходит в результате разгерметизации технологических аппаратов, трубопроводов, сальников насосов, емкостного оборудования, компрессоров, головок вакуумных фильтров, мешалок, задвижек, открытого дренирования воды, отбора проб, открытых люков. Интенсивными источниками загрязнения воздуха являются дыхательные клапаны резервуаров, аварийные клапаны, факелы. [4, с. 130]

     Основными загрязнителями атмосферы при перегонке нефти являются дымовые газы из трубчатых печей. Выбросы от одной трубчатой печи составляют (кг/ч): пыль органическая - 5,3; диоксид серы- 900,9; оксид углерода - 32,9; оксиды азота - 50,2; углеводороды - 3,2.

     Кроме того, в атмосферу поступают вентиляционные газы, содержащие аммиак и углеводороды, а также газы разложения, содержащие сероводород. [4, с. 124-125]

     Однако  нефть и нефтепродукты и сами по себе, без их сжигания и переработки, сильно загрязняют биосферу, прежде всего  водоемы, как внутренние, так и  мировой океан. Причем скорость загрязнения  этими веществами непрерывно увеличивается. [6, с. 106]

     Обычно  большие  количества нефтепродуктов попадают в воду в результате аварий на танкерах и буровых платформах, при сливах за борт, промывках резервуаров, а также со стоками с материков. Имеются расчеты, что при перевозке каждой тонны нефти в среднем теряется около 90 г, при добыче тонны нефти на буровых платформах – свыше 70 г, а при погрузке и выгрузке на 1 т теряется около 20 г нефти. Испаряясь с поверхности моря, компоненты нефти загрязняют атмосферу, а затем частично возвращаются в океан с дождями. Значительная их  часть (до 5 %) растворяется в воде, причем наиболее токсичные ароматические углеводороды растворяются лучше других компонентов, и их концентрация в морской воде через 5 суток может достигать более 7 мг/л. Под воздействием ультрафиолетового излучения из нефти образуются водорастворимые жирные кислоты и спирты. Тяжелые фракции нефти (температура кипения которых выше 370 ºС) постепенно уплотняются и оседают на дно. Этому способствует поглощение взвешенных нефтяных частиц многочисленными обитателями морей, в том числе планктонными организмами. [7, с. 11]

     Изыскательные работы создают определенное негативное влияние на морские особи, особенно на ранних стадиях их развития. Во многих странах мира (Великобритании, Норвегии, Канаде) геофизические изыскания рассматриваются как фактор, оказывающий серьезное воздействие на промысловые организмы, поэтому такие изыскания жестко регламентируются и контролируются.

     Основным  фактором экологической опасности  нефтегазового промысла является химическое загрязнение, которое сопровождает все виды деятельности на этапах освоения месторождений. Наибольшее количество жидких и твердых отходов образуется во время буровых работ и промысловых операций в море. Объемы сбросов достигают 5 000 м³ на каждую скважину.

     Бурение скважин в районах, в которых было выявлено наличие нефти или газа, сопровождается использованием жидких композиций, предназначенных для смазки и охлаждения бурового инструмента, выноса на поверхность выбуренной горной породы, регулирования гидростатического давления.

     На  буровых платформах производится сепарация  и первичная обработка нефтегазовых смесей. С них осуществляют сброс  отсепарированной воды.  [1, с. 331]

     Биохимическое поведение нефти  в водной среде

     При выбросе нефти в окружающую среду  происходит ее контакт с атмосферой или почвенными и природными водами рек и морей.

     Нефть, вступившая в контакт с окружающей средой, быстро перестает существовать в исходном виде. С компонентами нефти происходит ряд физических, физико-химических и биологических процессов и превращений.

     Почти все компоненты сырой нефти имеют  плотность менее 1 г/см³.

     Часть компонентов нефти переходит в растворенное состояние. В среднем 2—5% (иногда до 15%) сырой нефти растворяется в воде.

     Легколетучие фракции испаряются. В газовую фазу переходит от 10 до 40% нефти ее исходного количества. В основном идет растворение низкомолекулярных алканов, циклоалканов и бензолов.

     Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) типа антрацена и пирена практически не переходят в газовую фазу и подвергаются сложной трансформации в результате окисления, биодеградации и фотохимических процессов.

     В водной среде происходит фракционирование нефти и нефтепродуктов, в результате которого они могут существовать в нескольких агрегатных состояниях, в том числе:

• поверхностные пленки (слики);
• эмульсии типа «нефть в воде» или «вода в нефти»;
• взвешенные формы в виде плавающих на поверхности и в толще воды мазутно-нефтяных агрегатов;
• осажденные на дне твердые и вязкие компоненты;
• аккумулированные в водных организмах соединения.

     Многолетние наблюдения за состоянием Балтийского  моря показали, что 3,6 % суммарного количества нефти находится в виде пленки, в донных осадках аккумулировано 15 %, в эмульгированном и растворенном состоянии находится соответственно 64 и 17 % нефти.

     При попадании в морскую акваторию 1 т нефти, она уже через 10 мин  распространяется по поверхности в  радиусе 50 м и толщиной слоя до 10 мм. Затем происходит ее быстрое последующее растекание до площади 12 км² с образованием пленки толщиной менее 1 мм. [1, с. 312-313]

     Легкие углеводороды начинают испаряться.

     В водный раствор переходят жирные, карбоновые и нафтеновые кислоты, а  также фенолы, крезолы. [5, с. 74]

     В течение первых нескольких суток  после разлива нефти значительная ее часть переходит в газовую фазу. Улетучивается до 75 % легкой фракции идо40%и5—10% средних и тяжелых фракций соответственно.

     Нефть в виде пленки дрейфует по направлению  ветра со скоростью, составляющей 3 — 4% скорости ветра. По мере утончения пленки и при достижении ею критической толщины около 0,1 мм она начинает разбиваться на отдельные фрагменты, которые распространяются затем на более обширные площади. Часть нефти растворяется — концентрация нефти под пленкой составляет 0,1 — 0,4 мг/л.

     Образование нефтяных эмульсий определяется составом нефти. Наиболее устойчивые эмульсии типа «вода в нефти» содержат от 30 до 80 % воды и могут существовать в морской акватории более 100 сут.

     Эмульсии  типа «нефть в воде» представляют собой диспергированные в воде капельки нефти. Они малоустойчивы, во времени происходит их дальнейшее диспергирование вплоть до образования микроскопических капель. При этом ускоряются процессы разложения.

     Химические  превращения нефти на поверхности  и в толще воды начинают проявляться  не ранее чем через сутки после поступления ее в море. Они носят окислительный характер и часто сопровождаются фотохимическими реакциями. Конечные продукты окисления — гидроперекиси, фенолы, карбоксильные кислоты, кетоны и альдегиды — имеют повышенную растворимость в воде и высокую токсичность.

     Часть нефти (до 10 — 30%) сорбируется на твердых  частицах взвесей, присутствующих в  воде, и осаждается на дно. Эти процессы происходят в большей степени в узкой прибрежной полосе и на мелководье. Одновременно протекает процесс биоседиментации, т.е. извлечения эмульгированной нефти планктонами и осаждение ее на дно с остатками организмов. Аккумулированные на дне тяжелые фракции нефти могут сохраняться в течение многих месяцев и лет.[1, с. 313-314]

     Нефтяные  агрегаты в виде смолисто-мазутных композиций образуются из сырой нефти после испарения и растворения ее легких фракций и химической и микробной трансформации. На образование этих агрегатов уходит 5—10% разлитой нефти и до 20 — 50% отстоенной нефти из балластных и промывочных вод. Основу мазутных композиций составляют асфальтены и тяжелые фракции нефти. Время жизни нефтяных агрегатов исчисляется от месяца до года, после чего они разрушаются.

     Итогом  этих процессов является то, что нефть в водной среде быстро теряет свои первоначальные свойства. Происходит рассеивание и распад ее компонентов вплоть до исчезновения исходных и промежуточных соединений и образования углекислого газа и воды.

     Таким образом, происходит самоочищение водной экосистемы от углеводородов, если токсическая нагрузка на нее не превышает допустимые пределы. [1, с. 315]

     Поступающие в реки, озера, водохранилища и  моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем, хотя водоемы и способны к самоочищению путем биохимического распада органических веществ под действием микроорганизмов. Самоочищающая способность реки зависит от запаса растворенного кислорода, а также от скорости речного потока, химического состава воды, ее температуры, массы взвешенных веществ, донного осадка и др. Под воздействием природных факторов могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, отрицательно влияющие на качество воды. Поэтому сточные воды, а также их смеси перед спуском в водоем должны быть очищены до такой степени, чтобы они не оказали на него вредного влияния.

     Для нормального протекания процесса самоочищения прежде всего необходимо наличие в водоеме после спуска в него сточных вод запаса растворенного кислорода. Химическое или бактериальное окисление органических веществ, содержащихся в сточных водах, приводит к снижению концентрации растворенного в воде кислорода (в 1 л воды содержится всего 8—9 мл растворенного кислорода, в 1 л воздуха — 210 мл кислорода). Влияние дезоксигенизирующих (снижающих содержание кислорода) агентов выражается в замене нормальной флоры и фауны водоема примитивной, приспособленной к существованию в анаэробных условиях. Органические вещества, взаимодействуя с растворенным кислородом, окисляются до углекислого газа и воды, потребляя различное количество кислорода. Поэтому введен обобщенный показатель, позволяющий оценить суммарное количество загрязнений в воде по поглощению кислорода.

     Таким показателем является биохимическое  потребление кислорода (БПК), равное количеству кислорода, поглощаемого при окислении конкретного вещества в определенный отрезок времени. [5, с. 76-79]

     При эксплуатации газовых и нефтяных месторождений в северных акваториях следует ожидать более сложной картины преобразования и трансформации исходного сырья. [1, с. 315]

     Для этих условий характерно:

     •          повышение вязкости сырой нефти при низких температурах;

• адсорбция компонентов нефти на поверхности льда и накопление ее в пористых наслоениях и пустотах ледового покрова;
• замедление бактериального и фотохимического распада углеводородов в условиях пониженных температур. [1, с. 315-316]

     Содержание  и распределение нефти в морских экосистемах

     К настоящему времени накоплены обширные материалы о содержании и распределении нефти и ее компонентов во всех акваториях Мирового океана. Регулярно проводятся международные и региональные программы наблюдений за состоянием нефтяного загрязнения водной среды. [1, с. 317]

     Несравненно много ядовитых отбросов непрерывно поступает в море через ручьи и реки, из бытовой канализации и промышленных стоков. [6, с. 107]

     Результаты  исследований показывают повсеместное присутствие в поверхностных  водах растворенных и эмульгированных  нефтяных углеводородов в концентрациях от нескольких микрограммов до нескольких миллиграммов на 1 л.

     Полициклические ароматические углеводороды не продуцируются в природе и их рассматривают как индикаторы антропогенного поступления нефти в водоемы.

     Уровень концентрации 1 мкг/л предложено считать  верхним пределом естественного содержания в морской воде ароматических углеводородов. Для донных осадков эта величина составляет 5 мкг/л.

     Глобальное  распределение углеводородов нефти  в Мировом океане характеризуется  общим нарастанием их концентрации при переходе от открытой поверхности океана к внутренним морям и прибрежным водам. Повсеместно существует локализация нефти на границе раздела водных масс с атмосферой (тонкий поверхностный слой), дном (донные осадки) и берегом (пляжи). Отмечено повышенное содержание нефтепродуктов в районах интенсивного судоходства и танкерных перевозок.