Основные источники загрязнения и мониторинг геологической среды

В большинстве районов нефтедобычи и расположения НПЗ вследствие многолетних утечек нефти, а также слабой утилизации отходов почвы пропитаны скоплениями нефти и отходов на глубины от 1 до 17—20 м. Это приводит к загрязнению не только зоны аэрации, но и зоны насыщения. А учитывая высокие скорости миграции загрязняющих веществ в грунтовых водах, ореолы рассеивания загрязнения могут достигать в радиусе десятков километров.

?рь

ГО

?Рь

Характеристики сточных вод типового НПЗ (Абросимов А. А., 2002)

Виды сточных вод

Концентрация веществ, мг/л

БПКполн, мг 02

ХПК, мг 02

pH

Фенол

Взвешенные вещества

нп

Сульфиды

Сухой остаток

Нефтесодержащие

нейтральные

-

100-300

1000-8000

-

700-1500

150-300

300-500

7,2-7,5

Солесодержащие (стоки ЭЛОУ)

10-20

300-800

1000-10000

  • 30000-
  • 40000
  • 30000-
  • 40000

800-1500

2000-5000

7,2-8

Сернисто-щелочные

6000-12000

300

8000-14000

  • 30000-
  • 50000

-

  • 65000-
  • 95000
  • 100000—
  • 150000

13-14

Кислые

-

-

2500

-

-

-

-

2-4

Сероводородсодержащие

4-5

300-400

  • 10000—
  • 15000

300-500

-

2500-3500

-

5-6

Зарубежными фирмами оцениваются потери жидкого топлива на фильтрацию в водоносные горизонты до 0,1% от объемов их хранения.

В почвогрунтах техногенные НП находятся в следующих формах[1]:

  • • в пористой среде в жидком легкоподвижном состоянии в свободной, водорастворенной или водно-эмульгированной фазе;
  • • пористой среде в свободном состоянии, играя роль вязкого или твердого цемента между частицами горной породы;
  • • сорбированном связанном состоянии на частицах горной породы или почвы (в том числе гумусовой составляющей почв);
  • • поверхностном слое почвы или грунта в виде плотной органо-минеральной массы.

При этом летучие фракции отдаются в атмосферу, а растворимые соединения — в воду. Поэтому при организации ПЭМ кроме отборов проб почв, грунтов и подземных вод необходимо предусматривать отборы проб воздушной среды и защемленного почвенного воздуха.

Отбор проб почв проводится с целью слежения за загрязнением почвогрунтов от хронических утечек НП (мониторинг хронических 1111 -загрязнений), а также при оценке загрязненности вследствие крупных аварийных разливов (мониторинг критических ситуаций). К последнему виду мониторинга прибегают при обнаружении сильного загрязнения подземных или поверхностных вод.

Отбор проб в рамках хронического мониторинга проводится периодически не реже 1 раза в месяц на постоянных ключевых участках внутри объекта и за его пределами. Такие пункты должны располагаться на нефтебазах в зонах приема, отпуска и хранения НИ, в оперативной зоне, в зоне очистных сооружений. За пределами объекта отбор проб грунтов производится на возможных путях внутрипочвенных потоков, а также в зонах разгрузки подземных вод. При выборе ключевых участков учитываются их автономная, транзитная и аккумулятивная позиции по отношению к загрязнителям. Один из ключевых участков должен быть фоновым и располагаться в автономной позиции геохимического ландшафта.

Отбор проб грунтов проводится из скважин ручного или шнекового бурения от поверхности земли до горизонта грунтовых вод. Скважины в случае необходимости должны промываться водой, не загрязненной НП.

Пробы шлама отбираются в процессе бурения через 0,5 м при однородном разрезе горных пород; при чередовании — из каждого стратифицированного слоя.

В ненарушенном почвенном профиле пробы отбираются из горизонтов А, В, С. Образцы из интервала опробования желательно отбирать в трех повторностях, анализ которых проводится раздельно. Объем пробы для определения НП — от 50 до 100 г грунтов.

Консервация проб производится в случаях загрязнения летучими и легкими НИ. Шлам отбирается в стеклянные банки емкостью 0,25 или 0,5 л, которые герметизируются металлической крышкой.

Грунты, загрязненные средними и тяжелыми нефтями, мазутом, гудроном, битумом, смазочными маслами, герметизировать не обязательно.

Хранить пробы до начала анализа необходимо в холодильнике с температурой не выше +10°С. Анализировать пробы необходимо не позднее чем через семь дней со времени отбора.

На типовом предприятии, перерабатывающем 15—16 тыс. т нефти в сутки, только в технологических процессах глубокого обезвоживания и обессоливания нефти выделяется около 26—30 т твердых солей и твердых механических примесей в виде нефтешламов, содержащих в своем составе до 30% нефти и НП и 30—50% воды. Таким образом, НПЗ «поставляет» более 100 т в сутки (около 4000 т в год) твердых или пастообразных нефтесодержащих пожароопасных отходов.

К числу твердых отходов на НПЗ относятся: различные химические продукты; адсорбенты, не подлежащие регенерации; зола и твердые продукты, получающиеся при термической обработке сточных вод; различные осадки; смолы; пыль, образующаяся при очистке выбросов, и др.

Пример из практики

Оценка загрязнения подземных вод объектами нефтепереработки

В качестве примера1 приведем сведения о распространении углеводородного загрязнения грунтов и подземных вод от мазутохранилища. Исследования проводились на территории г. Череповца на берегу р. Шексны вблизи Череповецкой нефтебазы. Мазутохраиилище площадью 700 тыс. м[2] [3] просуществовало с конца 1940-х гг. и было ликвидировано в 1984 г., после чего потребовалось проведение рекультивации данной территории. На территории располагалось восемь стальных резервуаров для хранения мазута, которые подлежат демонтажу. Два резервуара из восьми разрушены. В каждом из резервуаров хранилось 4600 м3 мазута. Площадка резервуаров размером 200 х 400 м расположена на высокой террасе р. Шексны и удалена от реки на расстояние 500—600 м. Также на расстоянии 100—200 м от р. Шексны параллельно се течению располагались два открытых карта для хранения мазута площадью 0,8 га; размеры в плане каждого из них составляют 160 х 60 м; глубина каждого из картов составляет 7 м. Источниками загрязнения также являлись пункт разгрузки мазута с соответствующими коммуникациями и пункт заправки судов, располагавшийся в 300 м от берега на фарватере р. Шексны. Возникло предположение, что существует загрязнение подземных вод НП[3]. Схема расположения технологических объектов — источников загрязнения, а также пробуренных при экологических исследованиях разведочно-наблюдательных скважин на территории бывшего мазутохранилища представлена на рис. 15.2.

Область загрязнения подземных вод обычно отбивается но изолинии концентрации НП, равной ПДК (для воды питьевого качества составляет 0,1 мг/л для многосернистых нефтей и НП и 0,3 мг/л для прочих нефтей). Предельно допустимая концентрация нефти и НП в растворенном и эмульгированном состоянии в водных объектах, используемых для рыбохозяйственных целей, не должна превышать 0,05 мг/л.

Схема расположения объектов (источников загрязнения) и разведочно-наблюдательных скважин на территории бывшего мазутохранилища в г. Череповце

Рис. 15.2. Схема расположения объектов (источников загрязнения) и разведочно-наблюдательных скважин на территории бывшего мазутохранилища в г. Череповце:

  • 1 металлические емкости для хранения мазута (восемь стальных резервуаров); 2 — железная дорога для транспортировки мазута; 3 — открытые карты для хранения мазута; 4 — бетонный бункер для хранения мазута;
  • 5 — нефтеловушка на берегу р. Шексны; 6 — пробуренные при экологических исследованиях разведочно-наблюдательные скважины и их номера

В каждой скважине образцы грунтов отбирались из трех интервалов. Всего из пяти скважин было отобрано 15 образцов. Только в трех из них содержание 1III в грунтах превышало 100 мг/кг: эго верхняя проба из скв. 2, верхняя и промежуточная пробы из скв. 4. Во всех остальных 12 пробах содержание НП было меньше 100 мг/кг, в основном составляя 30—50 мг/кг. Результаты анализов образцов грунтов и проб грунтовых вод по всем пробуренным скважинам приведены в табл. 15.6.

Результаты анализа свидетельствуют о незначительном загрязнении грунтовых вод. Однако, учитывая длительные сроки существования хранилища, загрязнение могло бы быть более интенсивным. Низкая степень загрязнения, по-видимому, обусловлена высокой вязкостью мазута (в 30—80 раз выше вязкости воды, а плотность 0,94—0,96 г/см3). Расчет достижения мазутом уровня грунтовых вод показывает, что общее время для скв. 3 могло составлять 300—500 сут. Учитывая физические параметры мазута, можно говорить, что он сформировал на глубинах 0,5—0,6 м (в отдельных случаях 0,3—1,2 м) своеобразные линзы, препятствующие прохождению вод зоны аэрации на зеркало грунтовых вод. Об этом свидетельствуют данные загрязнений грунтов до 216 мг/кг. Для отдельных локальных вертикальных потоков но данным расчетов загрязненные атмосферные воды могли не достичь грунтовых, особенно в районах с глинистым выполнением разреза.

Следует отмстить, что аналогичные виды загрязнений требуют длительных периодов наблюдений, поскольку возможны эффекты вторичного загрязнения геологической среды.

Разработка ПЭМ подземной гидросферы требует предварительных гидрогеологических исследований, которые включают геофильтрационные и геомиграцион- ные исследования для водоносных горизонтов, выделяемых в разрезе территорий, а в случае непосредственной близости крупных водозаборов применяются нормативы ограничений при выделении зон санитарной охраны водозаборов. В первую очередь необходимо построение карт гидроизогипс, а также расчеты водных балансов первого от поверхности водоносного горизонта. Это позволит количественно определить направление, расходы потоков подземных вод, места и виды их разгрузки.

ГО

СО

Результаты анализов грунтов и проб грунтовых вод

Номер

скважины

Глубина

установившегося уровня грунтовых вод, м

Глубина скважины, м

Интервал отбора проб грунта, м

Концентрация НП

в грунте, мг/кг

в грунтовых водах, мг/л

11.04.1995

23.05.1995

1

0

6,2

0,2-0,3

34

0,13

0,25

0,7-0,8

0

1,3-1,4

17

2

i,6i

7,2

0,5-0,6

154

0,16

0.16

1,4-1,6

36

3,6-3,8

0

3

0,4

7,1

0,4-0,5

32

0,41

0,3

0,9-1

36

2-2,2

31

4

2,5

7

0,3-0,4

216

0,31

0,13

1-1,2

203

2,4-2,5

0

5

1,88

9,8

0,2-0,5

55

0,5

0,13

1,3-2

10

1,8-2

86

Кроме этого, необходимо провести наблюдения за химическим составом подземных вод с целью оценок фоновых характеристик. Полученные гидрогеохимические данные позволяют оконтурить техногенную зону и зону вне влияния источников воздействия. Особое внимание уделяется оценкам параметров фильтрации водоносных и разделяющих (водоупорных) отложений. С помощью специальных исследований выявляется степень защищенности и уязвимости подземных вод. На этой основе возможно создание постоянно действующей гидрогеологической модели, что позволит эффективно проследить развитие техногенных процессов во времени и пространстве.

Как правило, режимная сеть наблюдений в составе ПЭМ формируется на ранее пробуренных скважинах как для целей инженерных изысканий, так и для получения геофильтрационных параметров. В дальнейшем это не запрещает существенного расширения сети гидрогеологических скважин с целевым назначением — ПЭМ. Такая сеть скважин создается в виде специализированных профилей, располагаемых по выявленным потокам от возможных источников загрязнения к дренам и к местам разгрузки. Количество разбуриваемых скважин зависит от расстояний и пространственной изменчивости разреза. С помощью данных скважин оцениваются нс только скорости распространения загрязнителей, но и инфильтрационнос питание в различных условиях. Таких профилей на территории крупных предприятий может насчитываться несколько в зависимости от расположения возможных источников загрязнения (полигоны захоронения отходов, емкости храпения нефтепродуктов, производственные помещения, очистные сооружения и др.).

Крайне важно учесть состав контролируемых НП, поскольку их поведение в геологической среде серьезно различается в зависимости от фазовых переходов. Необходима разработка различных моделей для тяжелых и легких НП, а также различных фазовых состояний и фракций углеводородных соединений.

Все скважины подразделяются на опорные, вспомогательные и резервные, а также подлежащие ликвидации. В опорных скважинах контролируется ситуация техногенных изменений непосредственно и вблизи участков утечек техногенных вод и других источников техногенного загрязнения. Отбор проб воды производится 1 раз в 10 дней.

Вспомогательная сеть скважин контролирует техногенную ситуацию на удалении от источников возмущения и в естественных условиях формирования подземных вод. Частота наблюдений в этих скважинах — 1 раз в месяц или в квартал.

В кустах скважин они размещаются от центральной по следующей схеме: 25, 50 и 100, 200 м но каждому из лучей.

На производственной территории отбираются пробы дождя 2—3 раза в год в период летне-осенних дождей, а также рекомендуется проведение снегосъемки в конце зимнего периода.

Обычно рекомендуется следующий порядок ведения анализа: в нефильтрованной воде определяются физические свойства pH, Eh, гидрокарбонаты (включая С02, С03 ), формы железа (Fc2+, Fe3*), азотные соединения, 02, ВПК и ХПК. Остальные вещества после консервации анализируются в следующие дни. Солевой состав (S042', Cl', Са2+, Mg2+, Na+, К+) определяется в фильтрованной воде, а для весовых определений вода должна быть подкислена па месте.

Однако для оперативного анализа оценки площади загрязнения пользуются результатами нестойких компонентов, которые определяются непосредственно на месте. К ним относятся 02, НС03, NII4+, N02‘, NOs*, Fe2+, Fe3+, органические вещества. Современные средства анализа также позволяют на месте определять валовые содержания НП. Область загрязнения подземных вод обычно отбивается по изолинии концентрации НП, равной ПДК (для воды питьевого качества составляет 0,1 мг/л для многосернистых нефтей и НП и 0,3 мг/л для прочих нефтей).

В случаях, когда область загрязнения подземных вод расположена в непосредственной близости от водозабора подземных вод питьевого назначения или вблизи поверхностного водного объекта, в который разгружаются загрязненные подземные воды, область загрязнения подземных вод оконтуривается но изолинии концентрации НП 0,3—0,5 мг/л (первое значение для водоносных горизонтов мощностью меньше 7—10 м, второе значение — для водоносных пластов мощностью > 10 м).

Если область загрязнения удалена от водозаборного сооружения или поверхностного водного объекта (расстояние свыше 1 — 1,5 км), то область загрязнения оконтуривается по изолинии концентраций 1 мг/л; за счет большего расстояния по пути движения загрязненных подземных вод будет происходить их разбавление.

В качестве примера можно привести схему организации наблюдательной режимной сети для одного из нефтепромысловых объектов, на котором ведется подготовка нефти, сопровождаемая образованием загрязненных НП отходов и вод[5] (рис. 15.3).

Схема наблюдательной режимной сети (Гольдберг В. М. и др., 2001)

Рис. 15.3. Схема наблюдательной режимной сети (Гольдберг В. М. и др., 2001):

  • 1 техногенный объект; 2 — эксплуатационная скважина на нефть, газ;
  • 3 — гидроизогипса, абс. м; 4 — направление фильтрационного потока; пункты наблюдений за: 5 — подземными водами по профилям скважин; 6 — снегом;
  • 7 — дождем; 8 — речной водой

Предлагаемая схема размещения позволяет с большой точностью при возможно минимальном фактическом материале осуществлять региональную, локальную (картирование, районирование и др.) и балансовую оценку техногенных процессов.

Учет гидрогеологических показателей при оптимизации режимной сети и прогнозе техногенных нарушений осуществляется посредством анализа изменчивости контролируемых параметров во времени и пространстве. Поэтому главной задачей режимных наблюдений является обоснованный подбор исследуемых параметров, которые имеют как естественное, так и техногенное формирование.

Опыт свидетельствует о том, что практически на всех промплощадках НПЗ, хранилищ НП, эстакад, хранилищ отходов, амбаров, содержащих нефтяные шламы, выявляются мощные очаги загрязнений подземных вод, которые мигрируют по потокам на большие расстояния. Во многих случаях в крупных водозаборах, эксплуатирующих подземные воды, фиксируются повышенные содержания НП.

  • [1] См.: Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологическиепоследствия / Гольдберг В. М [и др.|. М. : Наука, 2001 ; Огняник Н. СПарамонова Я. К.,Брике А. Л. Эколого-гидрогеологический мониторинг территорий загрязнения геологическойсреды легкими нефтепродуктами. Киев : LAT&K, 2013.
  • [2] См.: Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологическиепоследствия / В. М. Гольдберг [и др.].
  • [3] Там же.
  • [4] Там же.
  • [5] См.: Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологическиепоследствия / В. М. Гольдберг [и др.].
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >