Автореферати

Дисертаційна робота присвячена розвʼязанню науково-теоретичної проблеми зниження рівня техногенного навантаження на довкілля від обʼєктів нафтового видобування, зокрема у районах активного буріння та освоєння свердловин, що призводить до деструктивних впливів на всі компоненти навколишнього природного середовища, особливо під час аварійних ситуацій, які супроводжуються розливами нафти і нафтопродуктів. Розроблено науково-методологічні основи системного підходу до оцінювання впливу відходів нафтовидобування на довкілля та екологічно безпечного поводження з ними, що забезпечує зниження техногенного навантаження на навколишнє природне середовище від нафтовидобувної промисловості. Удосконалено методологічну основу системного підходу до вирішення проблеми техногенного навантаження на навколишнє природне середовище під час видобування нафти та науково-практичні підходи до створення нафтодеструктивних консорціумів мікроорганізмів із використанням біоінформаційних баз даних. Розроблено науково-методологічний підхід до дослідження та впровадження технології очищення нафтозабруднених ґрунтів методами біоремедіації, що дозволило підвищити рівень екологічної безпеки відповідних територій за рахунок скорочення часу ліквідації забруднення та підвищення ефективності процесу. Біотехнологічний метод знезараження нафтозабруднених ґрунтів стає все більш популярним і корисним у наш час завдяки своїм перевагам і позитивним характеристикам перед фізико-хімічними методами. Висока ефективність розкладання нафтових вуглеводнів різними штамами бактерій пояснюється здатністю конкретного живого організму включати ці речовини в метаболічні процеси клітини. Чисельні дослідження показують, що арени, нафтенові, парафінові вуглеводні доступні практично для всієї аборигенної мікрофлори. Теоретично обґрунтовано підходи до моделювання біоремедіації нафтозабруднених обʼєктів, що зводяться до визначення складу нафтодеструктивних консорціумів із застосуванням біоінформаційних баз даних, що забезпечує ефективну біоаугментацію. Біостимуляція необхідна для підвищення ефективності розроблених біопрепаратів, тому науково обґрунтовано застосування анаеробного дигестату відповідно до методологічної основи системного підходу. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено ефективність застосування анаеробного дигестату як біостимулятора у складі бактеріальних препаратів на підставі наявності в ньому необхідного комплексу поживних речовин для нафтодеструктивних мікрорганізмів, що задовольняє вимогам екологічної безпеки щодо комплексного поводження з відходами. У пробах забрудненого нафтою ґрунту виявлено такі хімічні речовини: н-алкани, фтор, антрацен, фенантрен, пірен, толуол, ксилол, бензол, інші HВ. Досліджено залежність ступеню деградації нафти від часу експозиції τ та початкової концентрації нафти Ci. Результати досліджень показали, що максимальний ступінь деградації нафти на рівні 80 % встановлено за Ci в межах 4–8 г/кг і τ = 70 діб. Поліциклічні ароматичні вуглеводні, виявлені в забруднених пробах ґрунту, мають різні реакційні модулі біохімічного катаболізму. Більшість досліджених перетворень включають різні ферментні системи, а отже, і різні штами мікроорганізмів, що обґрунтовує ефективність консорціуму. Визначено, що до групи найбільш продуктивних бактерій і грибів у цьому контексті належать Pseudoxanthomonas spadix, Pseudomonas aeruginosa, Rhodococcus opacus, Acinetobacter baumannii, Bacillus cereus, Actinomyces sp., Mycobacterium flavescens. Експерименти з оброблення нафтозабруднених ґрунтів показали збільшення біодеградації у разі застосування біоаугментації. Результати експерименту свідчать, що 100 % концентрації нафти було засвоєно через 20, 25 та 35 днів для зразків ґрунту з вихідними концентраціями вуглеводнів на рівні 5, 10 та 15 г/кг відповідно. Розроблено схему деградації ароматичних сполук, наведену з комбінованими схемами реакційних модулів біодеструкції ароматичних сполук. Досліджені реакції складаються з трьох основних модулів дигідроксилювання ароматичного кільця, за яким слідують модуль мета- або орто-розщеплення та ко-дигідроксилювання та розщеплення ароматичного кільця разом із модулем попередньої обробки для перетворення метильної групи в карбоксильну групу на ароматичному кільці. Аналіз шляхів деградації ароматичних сполук показав, що основний модуль деструкції включає руйнування толуолу та бензоату, орто-розщеплення катехолу та мета-розщеплення катехолу, руйнування ксилолу, нафталіну, фталату. Моделювання консорціуму бактерій, що розкладають нафтопродукти, здатних до біоаугментації проводилось на основі модуля реакцій деградації ароматичних сполук, дослідження різних ферментних систем, які каталізують певні реакції, та визначення бактерій, здатних продукувати відповідні ферменти. Ідентифікація повного геному бактерій за допомогою IslandViewer 4 дозволила створити консорціум нафтодеструктивних бактерій, що складається з таких штамів: Pseudoxanthomonas spadix BD-a59, Rhodococcus jostii RHA1, Rhodococcus aetherivorans IcdP1, Pseudomonas putida ND6, Pseudomonas stutzeri 19SMN4, Pseudomonas fluorescens UK4, Acinetobacter lactucae OTEC-02, Bacillus cereus F837/76.7.9. Співвідношення між зазначеними штамами мікроорганізмів у консорціумі було встановлено на рівні 20 % : 20 % : 15 % : 10 % : 10 % : 5 % : 5 % : 15 %. Системний підхід передбачає дослідження нафтовидобувної діяльності як системного цілого, тому була проведена декомпозиція процесу на взаємоповʼязані складові з метою виділення ключових факторів впливу на всіх стадіях процесу. Визначено, що на етапі проведення сейсморозвідувальних робіт основним екодестабілізуючим чинником є шум, по відношенню до якого китоподібні і ластоногі виступають як найбільш чутливі реципієнти. Буріння свердловин та видобування нафти супроводжуються забрудненням середовища існування морських гідробіонтів нафтою, буровим шламом, буровими стічними водами, важкими металами, радіоактивними елементами. Запропоновано методологію впливу нафти на водні екосистеми відповідно до системного підходу, що полягає у визначенні факторів, які впливають на поведінку та долю нафтових сполук, застосуванні методів математичного моделювання для дослідження процесу розтікання нафтової плівки на поверхні води та методу оцінки впливових концентрацій хімічних речовин на біоту, зокрема методу ансамблевої оцінки. Для прогнозування рівня навантаження розроблено систему індикаторів та сигнальних показників якості, що враховує як фізико-хімічні властивості абіотичної компоненти екосистеми, так і параметри еколого-трофічних груп біоти. Розроблено технологію поводження з буровими відходами, що полягає у збиранні відходів буріння, регулюванні рН та обробленні коагулянтами і флокулянтами, розділенні відходів на тверду і рідку фази у полі дії відцентрових сил, що апаратурно здійснюється в центрифузі чи декантері. Встановлено залежність ефективності седиментації від дози коагулянту і флокулянту під час реалізації розробленої технології розділення бурового шламу під впливом відцентрових сил, зокрема науково обґрунтовано дози алюміній сульфату та поліакріламіду на рівні 30 % та 0,1–0,2 % за основною речовиною відповідно. Реалізація розробленого способу забезпечує повторне використання освітленої та очищеної води у технологічному процесі, зокрема під час приготування бурового розчину, нафтової фази для одержання палива або як додатку до паливних сумішей, утилізацію механічної фракції з одержанням будівельних конструкцій, тим самим знижує техногенне навантаження на довкілля під час буріння нафтових свердловин. Сформовано науково-методичні підходи до застосування теорії нечіткої логіки в екологічних дослідженнях, зокрема під час проведення математичного моделювання безпеки системи «видобування нафти – бурові відходи – вплив на навколишнє середовище» та екологічного ризику. Запропоновано науково-методичний підхід до моделювання фільтрації нафти через пористе середовище, що забезпечило прогнозування глибини та площі забруднення ґрунту, та зниження екологічного ризику від аварійних розливів нафти. Розроблено науково-теоретичні підходи до застосування програмного забезпечення ANSYS у розвʼязанні проблем екологічної безпеки, зокрема з метою математичного моделювання процесу поширення нафти через пористе середовище, що дозволило розробити комплекс науково обґрунтованих заходів з локалікації та ліквідації аварійних розливів. Доведено збільшення коефіцієнта проникнення вуглеводнів із збільшенням вологості ґрунту. Попередня обробка результатів експерименту показала, що при незмінному складі середовища швидкість проникнення вуглеводнів для систем нафта – вологий ґрунт та нафта – сухий ґрунт нелінійно залежить від часу. Отримано регресійні моделі для кривих залежності глибини проникнення нафти від часу для досліджуваних зразків в умовах сухого та вологого ґрунту. Візуалізація за допомогою компʼютерного моделювання показала розподіл нафтових вуглеводнів у ґрунті у вертикальному та горизонтальному напрямках. Доведено суттєву різницю в швидкостях вертикального та горизонтального проникнення вуглеводнів, що узгоджується з експериментальними даними. Науково-методологічною основою дослідження є модифікований детермінований та ймовірнісний підхід до визначення ризику надзвичайної ситуації за допомогою методів нечіткої логіки у вигляді нейронних мереж. Для апробації розробленої методики проаналізовано дані про аварійні розливи нафти в Сумській області за період 2017–2021 років. У результаті дослідження встановлено, що значущість антропогенних порушень природного середовища на всіх рівнях оцінюється за такими параметрами: просторовий масштаб; шкала часу; інтенсивність. У разі інциденту з розливом нафти статистика дослідження дала повну оцінку впливу 6, що вказує на вплив низької значущості, вплив відчувається, але величина впливу є досить низькою (з або без помʼякшення) і в межах прийнятного стандарту рецептори мають низьку чутливість. У випадках індивідуальних оцінок під час визначення екологічного ризику отримано такі результати: часовий параметр – вплив середньої тривалості, просторовий параметр – локальний вплив, інтенсивність – помірний вплив. Розроблено спосіб розділення відходів буріння нафтових свердловин з подальшою утилізацією окремих фракцій, що включає збирання відходів буріння, регулювання рН та оброблення коагулянтами і флокулянтами, розділення відходів на тверду і рідку фази з наступним використання рідкої фази та утилізацією твердої фази відходів. Запропонована технологія забезпечує підвищення екологічної безпеки і зниження впливу на довкілля від відходів, що утворюються під час буріння та експлуатації свердловин на нафту і газ, та призначається для ефективного розділення бурових нафтовмісних відходів у полі дії відцентрових сил з одержанням окремих фракцій, придатних для подальшої роздільної утилізації. Основні принципи технології захищені патентом України на корисну модель. Розроблено спосіб біоремедіації нафтозабруднених ґрунтів біологічним методом із внесенням науково обґрунтованої композиції препарату нафтоокиснювальних бактерій та речовин, зокрема як біостимулятор використовують дигестат після анаеробного зброджування органічних відходів, буферний стабілізатор – фосфогіпс, сорбент або розпушувач – монтморилоніт або солома та компостовані відходи тваринництва і птахівництва. Реалізація розробленого способу дозволяє знизити техногенне навантаження на довкілля у результаті відновлення порушених земель і ґрунтів, забруднених нафтою та нафтопродуктами, та забезпечує інтенсифікацію процесу деградації вуглеводнів біологічним способом, що сприяє одержанню екологічно безпечного субстрату та виключає його токсичність для живих організмів за рахунок деградації та/або іммобілізації небезпечних хімічних речовин. Отримано патент України на корисну модель. Розроблено технологію одержання гранульованого біостимулятора на основі анаеробного дигестату, що входить до складу нафтодеструктивного біопрепарату. При цьому під час гранулювання додається фосфогіпс як вʼяжуче для формування оболонки, що додатково вирішує проблему утилізації промислових відходів. Сушіння одержаних гранул проводять у малогабаритних багатоступінчастих сушарках з псевдозрідженим шаром, які працюють за рахунок електроенергії, виробленої з біогазу, що дозволяє комбінувати біогазові установки та установки для виробництва гранульованого біостимулятора. Такий підхід забезпечує зниження техногенного навантаження на навколишнє середовище від нафтовидобувної галузі, відповідає вимогам екологічної безпеки щодо поводження з промисловими відходами та задовільняє кілька Цілей сталого розвитку. Практична значущість роботи підтверджена результатами промислових випробувань розроблених екологічно безпечних технологій, патентами на корисну модель та актами впровадження у виробничий і навчальний процеси.

Дисертація присвячена підвищенню рівня екологічної безпеки за рахунок розроблення технології утилізації бурового шламу сумісно з фосфогіпсом шляхом перероблення їх в екологічно безпечний будівельний матеріал типу гіпсобетон. Здійснено оцінку екологічної безпеки вторинної сировини і готового продукту за еколого-гігієнічними, токсикологічними та радіаційними показниками, що свідчить про суттєве зниження техногенного навантаження на довкілля внаслідок утилізації досліджуваних промислових відходів. Уперше експериментально визначено умови для одержання гіпсобетону із задовільними екологічними та технічними характеристиками, а також оптимальний склад і масове співвідношення між такими компонентами гіпсобетонної суміші: буровий шлам, фосфогіпс, негашене вапно та вода. Вирішено задачу математичного програмування для оптимізації екологічної (ступінь дифузії важких металів з гіпсобетону) та технічної (міцність на стиск гіпсобетону) складової процесу сумісної утилізації бурового шламу і фосфогіпсу. Розроблено принципіальну технологічну схему процесу маловідходної екологічно безпечної технології перероблення бурового шламу та фосфогіпсу в гіпсобетон. Оцінено еколого-економічну ефективність проекту з впровадження цієї технології.

Автореферати

Browse

Filters

Settings

Sort By

Results per page

Search Results