CC BY
79экология
УДК 502.36
В.Н. Башкин, д.б.н., профессор, главный научный сотрудник, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», e-mail: [email protected]
Р.В. Галиулин, д.г.н., ведущий научный сотрудник, e-mail: [email protected];
Р.А. Галиулина, научный сотрудник, Институт фундаментальных проблем биологии РАН
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ РИСКИ В ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ: ПРОБЛЕМЫ И ИХ РЕШЕНИЕ
Гновая промышленность считается важной отраслью топливно-энергетического комплекса страны. Она включает разведку и разработку месторождений природного газа, комплексную переработку его на товарные продукты, подземное хранение и транспортировку по магистральным газопроводам, а также поставку товарного газа и газохимического сырья различным отраслям промышленности и коммунально-бытового хозяйства для использования в качестве источника энергии и химического сырья [1].
Однако в газовой промышленности как и в любой другой сфере техногенной деятельности человека не исключено существование геоэкологических рисков, проявляемых в виде загрязнения окружающей среды специфическими веществами, в результате которого создается ситуация неустойчивого природного равновесия, требующего незамедлительного его восстановления, чтобы избежать начала деградации окружающей среды. К установлению подобного типа геоэкологических рисков, связанных, например, с добычей и транспортировкой газового конденсата, а также с применением в добыче природного газа ингибитора гидратообразования - метанола, можно прийти на основе системного анализа газовой промышленности как сложного графа (рис. 1) [2]. Это предполагает схематическое представление газовой промышленности в виде различных ее составляющих и объектов, связанных с разведкой, добычей, хранением и пере-
работкой газа, соединенных линиями газотранспортных участков, и с последующей декомпозицией графа, т.е. его разложения до определенного уровня на составные части. Известно, что газовый конденсат это смесь жидких углеводородов (пентан+высшие гомологи), которая выделяется из природных газов при эксплуатации газоконденсатной залежи в результате снижения пластовых давлений (ниже давления начала конденсации) и температуры [1]. Газовый конденсат служит ценным сырьем для получения ароматических углеводородов, олефи-нов и других мономеров с последующей их переработкой в пластические массы, синтетические каучуки, волокна и смолы, а также для производства высококачественного автомобильного бензина, реактивного, дизельного и котельного топлива и потребителю доставляется наливным транспортом или с помощью специальных конденсатопроводов под собственным давлением.
Что касается метанола, то он применяется в добыче природного газа как ингибитор гидратообразования, т.е. вещество, предотвращающее такое нежелательное явление как образование газовых гидратов, чаще всего - на газо-конденсатных месторождениях [1]. Так, закачка метанола в призабойную зону скважины газогидратного образования вызывает не только разложение газовых гидратов, представляющих собой твердые кристаллические соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из воды и низкомолекулярных газов, но и улучшает фильтрационные характеристики этой зоны. При закачке в газовые скважины водных растворов поверхностно-активных веществ с целью удаления воды с забоев скважин в них также добавляют метанол, чтобы не допустить замерзания растворов. Кроме того, высокая абсорбционная способность метанола используется для удаления воды после гидростатических испыта-
Рис. 1. Схематическое представление газовой промышленности как сложного графа: 1 - перспективные газоносные регионы; 2 - существующие газодобывающие регионы; 3 - поставщики газа из стран-импортеров; 4 - экспортные потребители газа; 5 - внутренние потребители газа; 6 - объекты переработки газа; 7 - системы хранения газа.
ний газопроводов, а также в низкотемпературных процессах очистки газов от двуокиси углерода, сероводорода и других серосодержащих органических соединений.
Названные типы геоэкологических рисков могут проявляться в виде аварийных разливов газового конденсата и метанола, приводящих к загрязнению различных компонентов окружающей среды - воздуха, почвы, растительного покрова и воды. Кроме того, поступающий с линейной части магистральных газопроводов и из сосудов высокого давления компрессорных станций при их продувках газовый конденсат и образуемые в местах добычи и транспортировки природного газа метанольные воды собираются в шламовых амбарах или специальных прудах-накопителях, представляющих собой потенциальные очаги загрязнения окружающей среды [3, 4]. Не меньший геоэкологический риск представляют производственные сточные воды газовой промышленности, образуемые в первичных сепараторах газа, при регенерации ингибиторов гидратообразования, в резервуарных парках, промывке оборудования и т.д., и в состав которых могут входить различные вещества, в том числе газовый конденсат и метанол [5]. Подобного рода сточные воды собирают в емкости закрытого (с дыхательными клапанами) или открытого типа, которые также представляют собой потенциальные источники загрязнения окружающей среды в результате их разливов, испарения в воздух и др. Цель настоящей работы состояла в анализе обстоятельств проявления геоэкологических рисков, связанных с добычей и транспортировкой газового конденсата и применением в добыче природного газа ингибитора гидратообразования - метанола, а также в оценке возможностей управления этими рисками.
ОБСТОЯТЕЛЬСТВА ПРОЯВЛЕНИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ ПРИ ДОБЫЧЕ И ТРАНСПОРТИРОВКЕ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА.
Проявление геоэкологических рисков при добыче и транспортировке газового конденсата возможно при следующих обстоятельствах:
а) на стадии проведения геологоразведочных работ и, в частности, при бурении на глубину от 2000 до 5000-6000 м для подтверждения запасов природного газа, когда осуществляют сбор газового конденсата в амбарах, представляющих собой потенциальные очаги загрязнения окружающей среды [2];
б) на этапе разработки газоконденсат-ных месторождений могут иметь место случайные разливы конденсата на рельеф местности;
в) при доставке газового конденсата потребителю наливным транспортом (стабильный конденсат) или с помощью специальных конденсатопрово-дов под собственным давлением (нестабильный, сырой конденсат) всегда существует вероятность его попадания в окружающую среду в результате аварий; здесь под стабильным конденсатом понимается жидкость, состоящая из тяжелых углеводородов в которой растворено не более 2-3% (по массе) пропан-бутановой фракции и других компонентов, а под нестабильным конденсатом понимаются жидкие углеводороды, в которых растворены газовые углеводороды и неуглеводородные компоненты [1];
г) при хранении в амбарах газового конденсата, поступающего с линейной
части магистральных газопроводов и из сосудов высокого давления компрессорных станций при их продувках. Так, в 2005 г. в результате несанкционированной врезки в магистральном конденсатопроводе «Оренбург-Салават-Уфа» в Оренбургской области произошел разлив газового конденсата с попаданием его на поверхность почвы и в протоку, соединяющую два водных объекта - озеро и реку (бассейн реки Урал) [6]. Вследствие этого инцидента в окружающую среду было выброшено около 145 м3 газового конденсата, и в результате общая площадь загрязненного участка составила 5,2 га, в том числе площадь водного зеркала - 0,7 га, почвы - 4,5 га. В 2008 г. вследствие разгерметизации конденсатопровода на территории Сосногорского газоперерабатывающего завода (г. Сосногорск, Республика Коми) на рельеф местности вылилось около 25 м3 газового конденсата, часть которого поступила в водные объекты бассейна р. Печора [7]. В 2010 г. также в результате разгерметизации конденсатопровода ООО «Газпром добыча Оренбург» произошла утечка газового конденсата на подстилающую поверхность [8]. При этом концентрации суммы предельных и непредельных углеводородов в воздушной среде
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ экология \\ 77
экология
таблица 1. предельно допустимая концентрация (пдк) и предельно допустимый уровень (пдУ) компонентов газового конденсата (бензин, керосин) и метанола. *дается в пересчете на углерод
вещество показатель значение
Бензин ПДКр.з* (в воздухе рабочей зоны) 100 мг/м3
ПДКм.р. (максимальная разовая в воздухе населенных мест) 0,05-5 мг/м3
ПДКсс (среднесуточная в воздухе населенных мест) 0,05-1,5 мг/м3
ПДКв (в воде) 0,1 мг/л
Керосин ПДКр.з* (в воздухе рабочей зоны) 300 мг/м3
ПДКв (в воде) 0,01-0,1 мг/л
Метанол ПДКр.з. (в воздухе рабочей зоны) 5 мг/м3
ПДКм.р. (максимальная разовая в воздухе населенных мест) 1 мг/м3
ПДКсс (среднесуточная в воздухе населенных мест) 0,5 мг/м3
ПДКсв. (в сточных водах) 200 мг/л
ПДКв (в воде) 3 мг/л
ПДКкр. (на коже рук) 0,02 мг/см2
четырех населенных пунктов, ближайших к аварийному участку составили 2,8-7,8 ПДКм.р. (таблица 1). Между тем газовый конденсат представляет определенную опасность для человека, так как это вещество состоит, в основном, из бензиновых и керосиновых компонентов, поэтому его токсикологические свойства в определенной мере могут быть оценены по санитарно-гигиеническим нормативам бензина и керосина в виде их ПДК, представленных в таблице. Так, кроме острой и хронической интоксикации человека, вызываемой парами бензина или керосина, особое внимание обращает факт их влияния на возникновение рака почки и мочевого пузыря [9].
обстоятельства проявления геоэкологических рисков при применении метанола.
Проявление геоэкологических рисков при применении метанола в газовой промышленности возможно при следующих обстоятельствах: а) существование очень большого количества операций с метанолом в ходе поставки в газодобывающие предприятия, когда вероятность его попадания в окружающую среду возрастает; так, например, схема обеспечения метанолом газодобывающих предприятий в Надым-Пур-Тазовским нефтегазоносном регионе (Ямало-Ненецкий автономный округ) включает следующие этапы: залив вещества в железнодорожные цистерны на заводе-изготовителе и
последующая его транспортировка; перелив метанола из цистерн в стационарные емкости, находящиеся на терминалах базы и его подготовка к использованию на объектах добычи газа; перелив метанола из емкостей в автомобильные цистерны и транспортировка; перелив метанола из цистерн в стационарные емкости на базе газодобывающего предприятия; перелив метанола из емкостей в автомобильные цистерны и его развоз на конкретные объекты потребления [10];
б) в процессе поставки не исключаются транспортные аварии, приводящие к разливу метанола и его попаданию в окружающую среду;
в) на любом этапе применения метанола в качестве ингибитора гидратообразования существует вероятность аварии;
г) хранение отходов метанола в виде метанольных вод в специальных прудах-накопителях или амбарах, как объектах повышенной опасности [4].
Так, в 2006 г. в дер. Ясная Поляна Тульской области было зафиксировано высокое загрязнение атмосферного воздуха метанолом - до 39,6 ПДК„.р., что могло быть связано с его выбросом на заводе-изготовителе [11]. В том же году был зарегистрирован случай высокого загрязнения метанолом одного из водных объектов в бассейне реки Северная Двина (Вологодская область), содержание, которого в воде составило 10,3 ПДК [12]. Можно предположить, что данный инцидент произошел вслед-
ствие попадания промышленных сточных вод, содержащих метанол, или его аварийного разлива при транспортировке вещества к месту назначения. Между тем метанол представляет определенную опасность для человека, так как это вещество является сильным ядом, действующим на нервную и сосудистую системы, с резко выраженным кумулятивным эффектом [1]. Особую токсичность метанола обычно связывают с образованием из него в организме формальдегида и муравьиной кислоты. Отравление человека при попадании на его кожу метанола обычно происходит при одновременном вдыхании паров данного вещества. При любом способе поступления метанола в организм типичны поражения зрительного нерва и сетчатки глаза, отмечаемые как при острых, так и при хронических интоксикациях. В связи с отмеченным воздействием метанола на здоровье человека, оказалась не случайной разработка для данного вещества целого перечня санитарно-гигиенических нормативов в виде его ПДК и ПДУ, представленных в таблице, соблюдение которых позволяет обеспечить безопасную трудовую деятельность обслуживающего персонала на объектах газовой промышленности [13].
В целом из изложенного видно, что существует определенный риск загрязнения окружающей среды, как газовым конденсатом, так и метанолом на различных производственно-технологических стадиях газовой про-
мышленности. В этих условиях крайне важно управлять этими рисками посредством использования эффективных способов ремедиации загрязненной окружающей среды, чтобы оперативно выводить наземные и водные экосистемы из состояния неустойчивого равновесия и не допустить начала их деградации.
ВОЗМОЖНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИМИ РИСКАМИ ПРИ ДОБЫЧЕ И ТРАНСПОРТИРОВКЕ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА И ПРИМЕНЕНИИ МЕТАНОЛА. Анализ литературы показал существование определенных возможностей управления геоэкологическими рисками при добыче и транспортировке газового конденсата и применении в добыче природного газа ингибитора гидратообразования - метанола, - что предполагает использование при ликвидации аварийных разливов данных веществ и их отходов в местах хранения следующих трех различных способов:
1) механических способов, связанных со «срезанием» наиболее загрязненного поверхностного слоя почвы и его утилизации (секвестрирование), установлением боновых заграждений для сбора вещества, попавшего в воду (улавливание), а в случае производственных сточных вод - закачиванием их в глубокие, надежно изолированные водоносные горизонты (захоронение), не содержащие пресные, бальнеологические и другие воды [5, 6].
2) физико-химических способов, предназначенных главным образом для обработки производственных сточных вод, осуществляемой их облучением источниками вакуумного ультрафиолетового света (фотолиз) в присутствии окислителя или сжиганием на газофакельных установках (термическое обезвреживание); при этом под действием ультрафиолетового облучения метанольных вод происходит фотолиз воды и окислителя с образованием высокореактивных радикалов, вступающих в различные реакции с метанолом и приводящих к таким конечным про-
дуктам как двуокись углерода, вода и др.; однако при термическом обезвреживании сточных вод, содержащих газовый конденсат и метанол, помимо обычных продуктов сгорания (окислов углерода и др.) не исключено образование типичного канцерогенного вещества - бенз(а)пирена в процессе полимеризации относительно простых по структуре осколков молекул преимущественно свободнорадикального характера [5, 14];
3) микробиологических способов, связанных со стимулированием роста микроорганизмов загрязненных природных сред (биостимуляция in situ) или образцов естественной микрофлоры этих сред первоначально в биореакторах или ферментерах(биостимуляция in vitro), а также интродукцией в реме-диируемые среды относительно больших количеств специализированных микроорганизмов, заранее выделенных из сред и/или специально генетически модифицированных (биоаугментация - увеличение микробной массы); при микробиологическом способе исполь-
экология
зуют биопрепараты, представляющие высушенную лиофилизацией (при низкой температуре в вакууме) биомассу бактерий; при этом микробиологическая деструкция углеводородов газового конденсата идет через стадии образования перекисей, а при разрыве цепей углеродных атомов -смеси предельных кислот и оксикис-лот, а метанола, как гидроксильного производного углеводородов - через стадии образования формальдегида и муравьиной кислоты и конечных продуктов - двуокиси углерода и воды [3, 4, 15-17].
Между тем, в вышеприведенном примере, при ликвидации последствий аварии на магистральном конденсатопро-воде в Оренбургской области почва, загрязненная газовым конденсатом, была «срезана» на глубину до 10 см и вывезена с места инцидента на утилизацию [6]. Часть конденсата, попавшего в воду, была собрана с помощью боновых заграждений. Дальнейшая ремедиация воды протоки, изолированной дамбами от основного русла, осуществлялась путем использования биопрепарата «Деворойл», обладающего способностью к микробиологическому окислению углеводородов газового конденсата. Для стимулирования естественной микрофлоры была проведена предварительная обработка протоки и береговых участков смесью органических и минеральных удобрений. В результате ремедиации концентрация газового конденсата в воде за 1,5 мес. под действием биопрепарата снизилась до 1-2 ПДК. На наиболее загрязненных участках протоки донные отложения были экскавированы, подвергнуты термическому обезвреживанию и утилизированы. Доочистка производственных сточных вод от метанола при его низких концентрациях осуществлялась с использованием эксиламп - источников вакуумного ультрафиолетового излучения, трансформирующего вещество до двуокиси углерода, воды в присутствии окислителя - азотной кислоты [14]. Под действием Хе2- и КгС1-эксиламп концентрация метанола в его водных растворах уменьшалась от 13 до 23 раз.
Опыт применения биопрепаратов, созданных на основе углеводородо-
кисляющих бактерий, выделенных из природных сред, показал их высокую эффективность при ликвидации складированного в амбарах отходов газового конденсата и ремедиации загрязненных им почв [16]. Так, для ликвидации отходов углеводородов, в том числе, газового конденсата, накопившихся в двух земляных амбарах («Сергиевское и Тольяттинское линейно-производственные управления магистральных газопроводов», Самарская область) и ремедиации загрязненной почвы внутри и вне этих хранилищ использовали биопрепарат «Валентис» [3]. С этой целью специально подготовленную суспензию биопрепарата (с добавлением минерального удобрения) наносили трижды с промежутками в 15 дней на углеводородную пленку, покрывающую амбарную жидкость. В результате содержание углеводородов в различных амбарах снизилось от 175 до более чем в 300 раз по сравнению с исходными количествами. Между тем, загрязненную почву внутри амбаров и вокруг них экскавировали на глубину загрязнения и складировали слоем 20 см на заранее подготовленную площадку с водонепроницаемым покрытием и производили обработку суспензией биопрепарата из расчета 5 л на 10 м2. При этом до и после обработки почва подвергалась рыхлению с целью ее аэрации. Внешне о процессе очищения почвы от углеводородов судили по появлению на ней дикорастущих трав. Ремедиация почвы была признана завершенной по достижению в ней содержания углеводородов равного 0,1 г/кг.
Для очистки почв, загрязненных метанолом, предлагается использовать биопрепараты в виде высушенной биомассы метилотрофных бактерий [15]. Так, при поверхностном (0-5 см) и подповерхностном (5-30 см) загрязнении почвы, рекомендуется ее обрабатывать специально приготовленной суспензией биопрепарата (в растворе минеральных удобрений). При этом до и после обработки биопрепаратом почва подвергается рыхлению. При глубоком загрязнении метанолом почва экскави-руется и складируется в виде бурта на специально подготовленную площадку с водонепроницаемым основанием и
установкой системы перфорированных труб, проходящих через толщу бурта и обеспечивающих интенсивную аэрацию с помощью компрессоров. Почва обрабатывается биопрепаратом, периодически подвергается рыхлению и после ремедиации возвращается на место выемки.
Нейтрализация (обезвреживание) метанольных вод до их поступления в водоемы, может производиться путем ферментации культур метилотрофных бактерий (под воздействием вырабатываемых ими ферментов) или же готовых биопрепаратов в устройствах, оснащенных системой интенсивной аэрации [15]. Очистку воды от метанола можно выполнять также непосредственно в специальных прудах-накопителях, оснащенных системой компрессоров для нагнетания воздуха в объем очищаемой воды и одновременной ее обработки биопрепаратами.
Как видно из изложенного, механические способы,связанные с экска-вированием и утилизацией почвы, загрязненной газовым конденсатом или захоронением производственных сточных вод, содержащих газовый конденсат и метанол, а также физико-химические способы, осуществляемые с использованием источников вакуумного ультрафиолетового света и предназначенные для обработки (доочистки) низкоконцентрированных метанольных вод или сжигания производственных сточных вод на газофакельных установках не позволяют кардинально решить проблему загрязнения окружающей среды. Более приемлемым способом ремедиации загрязненной окружающей среды при ликвидации аварийных разливов газового конденсата и метанола и особенно их высокообъемных и высококонцентрированных отходов следует считать микробиологический подход с использованием биопрепаратов.Этот способ может позволить эффективно решать проблему защиты окружающей среды в газовой промышленности не только при возникновении аварийных ситуаций, количество которых нельзя планировать, а избежать их практически невозможно, но и в условиях образования отходов названных веществ.
Литература:
1. Российская газовая энциклопедия. М.: Большая Российская энциклопедия. 2004. 527 с.
2. Русакова В.В., КазакА.С., Башкин В.Н., Бухгалтер Э.Б., Галиулин Р.В., Акопова Г.С. Управление экологическими рисками в газовой промышленности. М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2009. 200 с.
3. Мурзаков Б.Г., Акопова Г.С., Плаксин А.П., Арефьев А.Г. Биологические технологии очистки земляных амбаров, загрязненных углеводородами // Газовая промышленность. 2004. № 11. С. 51-54.
4. Мурзаков Б.Г., Акопова Г.С., Маркина П.А. Выделение мети-лотрофных бактерий из микробиоценоза метанолсодержащих вод // Газовая промышленность. 2006. № 3. С. 83-85.
5. Акопова Г.С., Ильченко В.П., Попадько Н.В. Производственные сточные воды газовой отрасли: источники образования, состав, очистка и утилизация // Газовая промышленность. 2003. № 6. С. 76-78.
6. Гендель Г.Л., Клейменова И.Е., Донецкова А.А., Беликова Н.Г., Ивановская И.Б. Особенности проведения работ по очистке земель, нарушенных и загрязненных в результате аварии на конденсатопроводе// Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2006. № 6. С. 66-69.
7. Ованесянц А.М., Красильникова Т.А., Иванов А.Б. О загрязнении природной среды и радиационной обстановке на территории Российской Федерации в июне 2008 г. // Метеорология и гидрология. 2008. № 9. С. 102-106.
8. Ованесянц А.М., Красильникова Т.А., Иванов А.Б. О загрязнении природной среды и радиационной обстановке на территории Российской Федерации в феврале 2010 г. // Метеорология и гидрология. 2010. № 5. С. 100-107.
9. Журкина О.В. Роль экзогенных факторов риска в развитии рака почки// Известия Самарского научного центра РАН. 2007. Т. 2. С. 30-34.
10. Грунвальд А.В. Рост потребления метанола в газовой промышленности России и геоэкологические риски, возникающие при его использовании в качестве ингибитора гидратообразования // Нефтегазовое дело. 2007. http://www.ogbus.ru
11. Ованесянц А.М., Красильникова Т.А., Сегида И.Н. О загрязнении природной среды и радиационной обстановке на территории Российской Федерации в январе 2006 г. // Метеорология и гидрология. 2006. № 4. С. 109-114.
12. Ованесянц А.М., Красильникова Т.А., Сегида И.Н. О загрязнении природной среды и радиационной обстановке на территории Российской Федерации в марте 2006 г. // Метеорология и гидрология. 2006. № 6. С. 111-116.
13. Справочник предельно допустимых концентраций вредных веществ в пищевых продуктах и среде обитания. М., 1993. 142 с.
14. Медведев Ю.В., Полыгалов Ю.И., Ерофеев В.И., Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Истомин В.А. Облучение метанольных растворов Хе2- и Кгй-эксилампами барьерного разряда// Газовая промышленность. 2005. № 2. С. 63-65.
15. Мурзаков Б.Г., Акопова Г.С., Маркина П.А. Очистка метанолсодержащих вод с помощью биологических препаратов // Газовая промышленность. 2005. № 12. С. 58-60.
16. Акопова Г.С. Очистка техногенных сред, загрязненных углеводородами, с использованием биопрепаратов // Газовая промышленность. 2008. № 6. С. 69-71.
17. Башкин В.Н., Акопова Г.С., Листов Е.Л., Балакирев И.В., Галиулин Р. В., Галиулина Р.А. Прогнозирование микробиологического очищения почвы от углеводородов газового конденсата и нефти // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2010. № 4. С. 20-23.
Ключевые слова: газовая промышленность, газовый конденсат, метанол, геоэкологический риск, управление.
WWW.NEFTEGAS.INFO
