Авторы: С.В. Остах, Н.Ю. Ольховикова (РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина).
Опубликовано в журнале Химическая техника №5/2018
В результате функционирования нефтяной и газовой промышленности образуются вредные вещества, которые попадают в почву, воду, атмосферный воздух [1] и воздействуют на флору и фауну. Уровни воздействия на окружающую среду могут различаться в зависимости отконцентраций этих веществ и их свойств [2], однако определенные соединения даже в малых концентрациях способны нанести большой вред.
Основными источниками таких загрязнений являются отходы нефтяных и нефтехимических производств, в составе которых обычно наблюдается нефть и нефтепродукты. Также одним из специфических компонентов таких отходов является фенол и его производные. Чаще всего отходы, содержащие фенольные соединения, образуются при процессах термической обработки тяжелых фракций углеводородов.
Аварийные ситуации на производстве, несоблюдение требований законодательства в области обращения с отходами приводят к поступлению загрязнений в окружающую среду, а, следовательно, к загрязнению экосистем, находящихся рядом с промышленными объектами.
Загрязнения нефтепродуктами, фенолом и его производными чрезвычайно опасны для окружающей среды за счет многофакторного проявления токсичного действия [1]. Физические и химические свойства этих соединений обусловливают их быструю миграцию в средах [3] и способность воздействия на окружающую среду и организм человека. При этом наличие нефтяного загрязнения замедляет распад фенолов, так как биодеградация нефтяных углеводородов образует собственные фенолы, увеличивая общую степень загрязнения.
Особую угрозу представляет площадное загрязнение почв, в результате которого вероятны процессы последующей миграции деградирующихся поллютантов в более глубокие геологические слои, что в дальнейшем может привести к глобальному загрязнению подземных горизонтов [4].
Для предотвращения такого сценария развития событий требуется провести локализацию и ликвидацию загрязнений нефть- и фенолсодержащими средами. Из-за большого количества факторов, влияющих на выбор подходящих технологий, предлагается разработанная многокритериальная методика локализации и ликвидации загрязненных участков как природно-антропогенных объектов.
На рис. 1 приведена схема принятия решения о применении технологий локализации и ликвидации нефтьсодержащих отходов с указанием основных действующих факторов. Предлагаемая методика применима для выбора наиболее часто используемых в рассматриваемой отрасли промышленности технологий и включает различные подходы к определению эффективности технологий, а также учитывает индекс опасности рассматриваемых загрязнений. Использование такого унифицированного подхода позволит значительно сократить время, затрачиваемое на подбор оптимальных технологий, определить основные направления работы на объекте и спрогнозировать результат [5]. При этом учитывается опыт идентификации и внедрения наилучших доступных технологий.
Основы методического обеспечения
На данный момент в Российской Федерации не существует технологий, которые бы могли работать в широких масштабах и использоваться повсеместно, поэтому необходима группа критериев, определяющих для выбора реализуемых методов. Основой информационно-аналитической базы для выбора оптимальных технологий являются четыре группы базовых критериев, охватывающих основные взаимосвязанные показатели мультипараметрической информации: экологичность, экономичность, технологичность и ресурсоемкость.
Критерий экологичности является комплексным параметром, учитывающим воздействие на окружающую среду при эксплуатации технологии. Выбросы в атмосферу, сбросы в водоемы, образование отходов, шумовое воздействие и прочие параметры воздействия должны строго соответствовать установленным нормативам.
В составе указанного критерия также рассматриваются следующие параметры:
- сведения о токсикологической опасности образующихся веществ;
- характеристика уровней различных эмиссий;
- возможность экологичной утилизации техники после окончания работы;
- потенциал использования отходов рассматриваемой технологии;
- наличие систем рециклинга в технологической линии.
Возможное снижение рисков негативного воздействия эмиссий будет считаться благоприятным вариантом при сравнении различных технологий мониторинга, локализации, утилизации и обезвреживания. Им будет отдаваться предпочтение.
Важным показателем при определении целесообразности внедрения рассматриваемых технологических решений является их экономичность. При выборе альтернатив на этом этапе учитывается соответствующая экономическая целесообразность. Данный критерий включает сравнение основных экономических показателей по общим и удельным капиталовложениям, индексу прибыльности, удельным затратам на переработку единицы отходов, также учитываются вероятные выплаты за воздействие на окружающую среду. В зависимости от результатов сравнения выводится ранжируемый по убыванию список подходящих технологий.
На основе двух первых описанных критериев возможно проведение эколого-экономической оценки технологий, которая учитывает общий эколого-экономический эффект от ее внедрения на конкретном участке. Основной целью оценки является определение границ экологического воздействия, при которых экономическая эффективность технологий позволяет их успешно эксплуатировать.
В части оценки экологических показателей рассматривается оценка потребления и сохранения ресурсов, образования отходов, выбросов в атмосферу и загрязнения водных объектов [6], которая подробно приведена в табл. 1.
Таблица 1
Показатели экологической оценки [6]
| Показатели | Направления оценки |
| Потребление ресурсов | Потребление за жизненный цикл энергии, топлива и т.д. |
| Сохранение ресурсов | Возможность повторного использования материалов, энергии и т.д. |
| Образование отходов | Общая масса отходов и масса отходов, требующих последующего захоронения |
| Выбросы в атмосферу | Общая масса выбросов, доля выбросов, влияющих на изменение климата и образование кислотных осадков |
| Загрязнение водных объектов | Общая масса сбросов в водные объекты, масса взвешенных частиц и нефтепродуктов, БПК, ХПК и др. |
Вторая часть оценки – экологические издержки, состоящие из предзатрат, причиненного экономического ущерба и постзатрат [7]. Подробная характеристика представлена в табл. 2.
Таблица 2
Экологические издержки
| Экологические издержки | ||
| Предзатраты | Экономический ущерб | Постзатраты |
| Экологически оптимальные технологии и оборудование | Население | Возмещение судебных исков за экологический вред, причиненный населению |
| Экологическая регламентация хозяйственной деятельности | Материальные ценности | Техническая ликвидация последствий аварий на предприятии |
| Создание объектов природоохранной инфраструктуры | Земельные ресурсы | Восстановление природных комплексов |
| Экологическое страхование | Лесные ресурсы | Затраты на расследование и спасение |
| Экологическое воспитание и образование | Водные ресурсы | |
| Биологические ресурсы | ||
Одна из основных частей эколого-экономической оценки подразумевает показатели, по результатам сравнения которых принимается решение о возможности применения технологии и допустимых границах:
- затраты на охрану и воспроизводство природной среды;
- затраты, связанные с ухудшением условий освоения ресурсов;
- затраты на расширенное воспроизводство и вовлечение в хозяйственный оборот заменителей невозобновляемых ресурсов;
- затраты на научные исследования и т.п. [8].
Эколого-экономическая оценка является механизмом принятия решения о степени экологической и экономической эффективности применения технологии в рамках конкретной задачи.
Технологическая схема проведения эколого-экономической оценки техногенных последствий применения технологии представлена на рис. 2.
Третий критерий – технологичность – включает основные характеристики технологий. Основной функцией данной группы критериев является сужение списка технологий для сравнения, так как при разработке методических основ принималось условие, что основные характеристики загрязненного объекта известны, и технические параметры применяемых систем подбираются в зависимости от них.
Основными рассматриваемыми параметрами в данной группе являются:
- производительность (мощность) технологической установки;
- данные об аварийности технологических схем (надежности);
- период эксплуатации технологии на промышленных предприятиях;
- основные требуемые ресурсы.
При возможности получения дополнительной информации можно также учесть следующее:
- опыт предыдущего успешного использования сопоставимых технологий;
- информацию об авариях, связанных с внедрением и эксплуатацией технологии;
- географические факторы внедрения технологий: расположение относительно источников энергии, ее доступность.
Ресурсоемкость и ресурсосберегаемость технологий – четвертая группа критериев, которая является связующим звеном между остальными группами. Применение принципов ресурсосбережения при разработке технологий делает их более конкурентоспособными на современном рынке. Применение такого принципа влияет на экономическую эффективность технологического решения, повышая ее, на экологические показатели, так как уменьшается количество требуемых ресурсов и воздействие на окружающую среду.
В составе этой группы находятся следующие показатели:
- потребность в энергетических, кадровых, материальных и земельных ресурсах;
- возможность образования при эксплуатации технологии вторичных ресурсов.
Критерий ресурсоемкости и применения ресурсосберегающих технологий обычно рассматривается в виде дополнительного положительного фактора при принятии решения о выборе технологии.
Общая схема сравнения представлена на рис. 3.
Описанные группы критериев охватывают все основные характеристики технологий, что позволяется провести анализ и выбрать наиболее оптимальное технологическое решение.
Пример реализации технологий
В качестве примера реализации применения описан-ной методики рассматриваются технологии по локализации и ликвидации загрязнений нефть- и фенолсодержащими средами на объектах нефтеперерабатывающей отрасли.
Использование данных о загрязнении позволяет выделить отдельную («фокусную») группу технологий, которые могут применяться для обработки загрязнения.
С помощью настраиваемой классификации технологий [9], находящихся в базе, и возможности их ранжирования по общим показателям (производительность, время установки, общая стоимость и т.д.) выделяется группа технологий, которая рассматривается многокритериальной системой. Это позволяет сэкономить ресурсы и время на обработку заранее нереализуемых и подходящих технологий.
В зависимости от рассматриваемых технологий возможно либо совместное исследование технологий локализации и ликвидации, либо отдельный анализ каждого из этапов обработки загрязненного объекта.
Дальнейшие шаги сравнения зависят от соответствия технологии экологическим нормативам. При соответствии им или наличии положительного заключения государственной экологической экспертизы на новую технологию она рассматривается на уровне углубленных экологических и экономических показателей и отбирается в список наиболее экологически и экономически эффективных решений.
При неустранимых несоответствиях экологическим нормам технология далее не рассматривается. При частичном несоответствии производится расчет затрат на выплату штрафов, и при экономической целесообразности применения технологии она включается в общий список. Далее проводится ранжирование и сравнение отобранных технологий по экологическим показателям.
Следующим шагом является проведение эколого-экономической оценки технологий, в результате которой устанавливается интегральный индекс эффективности применения технологии и общее соотношение экономического эффекта и экологического вреда. Затем при помощи группы технологических критериев технологии ранжируются в порядке уменьшения потенциальной эффективности применения по отношению к конкретному рассматриваемому загрязненному объекту. Критерий, характеризующий ресурсосбережение и ресурсоемкость, является дополнительным, и при прочих равных условиях технологии с более высоким показателем по этому критерию отдается предпочтение.
В результате рассмотренных этапов оценки, представленных на рис. 4, и выбора технологий выдается перечень рекомендуемых технологических решений.
При использовании описанного логического подхода были выделены два основных направления переработки нефтьсодержащих отходов. Первый – интеграция в производство технологических линий по переработке таких отходов. Такой способ позволяет избежать дополнительного складирования отходов и не допустить изменения их состава с течением времени. Второй – использование мобильных комплексов для переработки образовавшихся отходов. Такое технологическое решение подходит для удаленных от транспортных систем и отходоперерабатывающих производств мест образования отходов и является одним из способов быстрого реагирования при аварийных и чрезвычайных ситуациях.
С точки зрения технического оформления процессов переработки нефть- и фенолсодержащих отходов предлагается следующая обобщенная схема, представленная на рис. 5.
Описанный алгоритм выбора и указанные технологические решения согласуются с определением наилучших доступных технологий и концепцией по их внедрению. Имеющиеся на данный момент информационно-технические справочники в области нефтьсодержащих отходов позволяют рассмотреть описанные алгоритмизированные действия с точки зрения внедрения наилучших доступных технологий в производство, а также могут использоваться в качестве источников критериев для всей системы.
В описанной многокритериальной системе оценки и сравнения технологий использован последовательный логический подход, который позволяет сравнить альтернативные варианты по описанным критериям с помощью количественной экспертной оценки, а также может использоваться для классификации и (или) ранжирования технологий локализации и ликвидации последствий нефть- и фенолсодержащих и иных подобных загрязнений.
Аналитический сценарный прогноз предполагает учет основных технологических параметров на вариативной основе с учетом результатов совместной эколого-экономической и ресурсосберегающей оценки.
Описанный вариант использования методических рекомендаций показывает, что наилучшим вариантом будет являться интеграция технологических линий в имеющиеся промышленные объекты при постоянном поступлении загрязненных сред из источников и использование мобильных комплексов по переработке отходов различного состава и агрегатного состояния при ликвидации загрязнений на объектах накопленного экологического ущерба или при аварийных ситуациях.
Таким образом, при имеющихся условиях и требованиях методика приводит к определению группы подходящих технологий и их ранжированию по степени применимости.
Список литературы
- Остах С.В., Остах О.С., Ольховикова Н.Ю. Геомикробиологическая диагностика фенолсодержащих сред в нефтегазовой отрасли// Сборник материалов международной научно-практической конференции «Наука и технологии в нефтегазовом деле» 9 – 10 фев. 2018. Армавир: Кубанский государственный технологический университет, 2018.
- Ким С.Л., Самигуллина Г.З. Негативное воздействие нефтяных углеводородов на почву// Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2015. №9. С.8–11.
- Беспамятнов Г.П., Кротов, Ю.А. ПДК химических веществ в окружающей среде: Справочник. Л.: Химия, 1985. 528c.
- Ольховикова Н.Ю., Остах С.В. Моделирование распространения подземных загрязнений с определением дислокации активного защитного барьера//Сборник тезисов X Международного промышленно-экономического Форума «Стратегия объединения: Решение актуальных задач нефтегазового и нефтехимического комплексов на современном этапе», 23 – 24 нояб. 2017. М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2017.
- Ольховикова Н.Ю., Остах С.В. Информационно-аналитическая система контроля локализации и обработки фенолсодержащих сред// Сборник трудов XII Всероссийской Научно-Технической Конференции: «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» 12–14 фев. 2018. М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2018.
- Гонопольский А.М., Матягина А.М., Киселев А.В., Осадчий С.Ю., Цыбин А.В. Эколого-экономический анализ систем обращения с отходами: Монография. М.: ТЕИС, 2009. 248 с.
- Макар С.В. Основы экономики природопользования. М.: Изд-во ПРИОР, 1999. 304 с.
- Экзарьян В.Н. Эколого-экономическая оценка техногенных последствий от изменений геологической среды как основа перехода на модель устойчивого развития//Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2014. №3. С. 242–251.
- Ольховикова Н.Ю. Классификация технологий локализации и ликвидации загрязнений фенолсодержащими средами//Сборник тезисов XII Всероссийской Научно-Технической Конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» 12–14 фев. 2018. М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2018.
