Лаборатория геологии техногенных процессов
Шумилова И.Б., Максимович Н.Г., Блинов С.М., Кузнецов Л.Н. Возможные пути борьбы с последствиями разливов нефтепродуктов // Геология, разработка, бурение и эксплуатация нефтяных месторождений Пермского Прикамья:: Сб. науч. тр.-Пермь,1999.-Вып.2.-С.240-249.
Возможные пути борьбы с последствиями разливов нефтепродуктов
Шумилова И.Б., Максимович Н.Г., Блинов С.М., Кузнецов Л.Н.
Разливы, утечки нефти и нефтепродуктов, как показывает практика, неизбежны при их добыче, переработке и транспортировке. Особую опасность представляют аварии на нефтепроводах. В отличии от локально расположенных предприятий, на них практически невозможно предусмотреть меры по защите окружающей среды на всей их протяженности, достигающей многие тысячи километров.
Нефть, попадая в почву и грунты, вызывает необратимые изменения, связанные с их битуминизацией, гудронизацией, цементацией, загрязнением и т.д. В результате нарушения почвенного покрова и растительности усиливаются нежелательные процессы — эрозия почв, деградация, криогенез [2]. Происходит изменение фильтрационных и физико-механических свойств грунтов.
Фильтрация нефтепродуктов в почву создает хроматографический эффект, приводящий к ее дифференциации: в гумусо-аккумулятивных горизонтах сорбируются высокомолекулярные компоненты, содержащие смолисто-асфальтеновые и циклические соединения, а легкие углеводороды проникают в нижние минеральные горизонты. В анаэробной обстановке они могут сохраняться длительное время [6]. Почвенные горизонты при этом выступают как геохимические барьеры. Кроме того, опасность загрязнения и возможность самоочищения почв от продуктов нефтедобычи в отдельных ландшафтных зонах и областях России существенно различны [2]. Опасность остаточного накопления нефтепродуктов в почвах возрастает с юга на север, а в пределах отдельных биоклиматических зон и провинций — от песчаных почв к суглинистым и глинистым.
Нефтяное загрязнение, обусловленное аварией, отличается от многих других техногенных воздействий тем, что оно дает не постепенную, а, как правило, залповую нагрузку на среду, вызывая быструю ответную реакцию.
Обычно рекультивация загрязненных земель при разливах нефти проводится в два этапа: технический и биологический.
Техническая рекультивация нефтезагрязненных почв и грунтов предполагает следующие мероприятия: землевание, сгребание и вывоз загрязненного слоя или выжигание. Разлившуюся при аварии нефть отводят в естественные понижения, защитные амбары, траншеи или оконтуривают дамбами. Иногда отвод нефти в понижения нецелесообразен, так как происходит загрязнение новых площадей по направлению движения нефти. Сечение защитных дамб принимается чаще трапецеидальной формы. Защитные дамбы из однородного грунта могут применяться только в течение непродолжительного времени поскольку возможна фильтрации нефти сквозь тело дамбы [1].
В качестве вспомогательных средств, которые могут задержать распространение нефти, используют природные и искусственные сорбенты: торф, полимерные материалы, песок.
Удаление нефти с поверхности почвы проводится с помощью специальных насосов. Сгребание загрязненного слоя осуществляется бульдозерами, экскаваторами, автомашинами или тракторами, оборудованными танками для сбора нефти. После чего происходит захоронение замазученного нефтью слоя почвы в могильниках. При этом возникает проблема с выбором места их расположения, так как сами могильники становятся источниками вторичного загрязнения.
Замена почвы проводится при разливе нефти на ограниченных участках и проникновении ее на глубину более10 см, но тогда уничтожается плодородный слой.
Сжигание почвы производят в крайних случаях, так как оно сопровождается образованием канцерогенных веществ [2].
Механизм самовосстановления экосистемы после нефтяного загрязнения достаточно сложен. Процесс естественного самоочищения почвы под влиянием природной микрофлоры является длительным (более 10-25 лет) и зависит от физико-химических свойств почвы и нефти. Сокращение этого периода достигается путем применения системы биологической рекультивации, включающей в себя комплекс агротехнических мер рыхления, известкование, внесение сорбентов и удобрений.
Рыхление снижает дефицит кислорода и разрушает гидрофобную пленку поверхностных нефтяных компонентов, тем самым реально ускоряя физико-химическую и микробиологическую деструкцию нефти. При нефтяном загрязнении снижается количество поглощенного кальция и магния, а внесение извести улучшает агрохимические свойства почв и ускоряет разложение метано-нафтеновых структур. На фоне известкования необходимо вносить минеральные удобрения для увеличения активности природной микрофлоры [5]. Возможно также выделение из загрязненной среды микроорганизмов-деструкторов нефти и наращивание их биомассы в лабораторных условиях с последующим внесением в почвы. Кроме того, можно увеличить численность микроорганизмов природных условиях используя замкнутую систему циркуляции воды, содержащей кислород и питательные вещества, необходимые для их жизнедеятельности, и проветривания почвы по вентиляционным каналам [7]. Широко применяется внесение готовых биопрепаратов, содержащих углеводородпоглощающие микроорганизмы, не имеющие отношения к микробной биоте загрязненного участка. Но, в настоящий момент нет доступных метод отслеживания процесса взаимодействия вносимых микроорганизмов с естественной микрофлорой.
В результате исследования самоочищающей способности почв установлено, что тяжелые фракции нефтепродуктов в почве являются стойкими и мало подвергаются деструктивным изменениям.
Авторами изучалась возможность использования отходов производства активированного угля для ликвидации разливов нефти.
Работы проводились в связи с аварией на участке нефтепровода Сургут-Полоцк (Пермская область). Здесь вылилось около 100 м3 нефти на площади 0,6 га. Место аварии расположено на приводораздельной части левобережья р. Койвы, в 1.2 км от реки. В результате мероприятий по ликвидации аварии была проведена локализация разлившейся нефти в котлован и закачка части собранной нефти в нефтепровод. Остатки нефти были срезаны с поверхностным слоем грунта и складированы в отдельно вырытый котлован, расположенный в естественном понижении на незначительном расстоянии от нефтепровода. Объем грунта, перемешанного с нефтью и снегом, составил 600 м3 .
Разлив значительного количества нефтепродуктов, имеющих положительную температуру, вызвал таяние снега и частичное оттаивание грунта.
В районе аварии было проведено опробование загрязненного грунта, воды из шурфов на участке складирования, а также снега, воды в р. Койве и незагрязненных грунтов для определения фоновых характеристик (табл.1).
Верхняя часть разреза участка разлива нефти представлена четвертичными элювиально-делювиальными суглинками, с дресвой и щебнем сланца и кварца, мощностью от 1,5 до 3,5 м. Коренные породы представлены протерозойско-кембрийскими сланцами с прослоями песчаников и известняков. Гидрогеологические условия данного района изучены слабо. Подземные воды протерозойско-нижнепалеозойского водоносного комплекса залегают на глубине более 30 м. Минерализация подземных вод изменяется от 0,1 до 0,4 г/л. Химический состав подземных вод преимущественно гидрокарбонатный кальциевый и гидрокарбонатный кальциево-магниевый [8]. Питание подземных вод осуществляется в основном за счет атмосферных осадков.
По данным выполненных химических анализов, снег в районе аварии имеет гидрокарбонатно-сульфатный кальциевый состав, с минерализацией 0,04 г/л (табл.2). Содержание нефтепродуктов составляет 0,12 мг/л. Химический состав воды в р. Койва гидрокарбонатный кальциевый, минерализация 0,25 г/л. Содержание нефтепродуктов составляет 0,18 мг/л (табл.2). Пробы отбирались ниже очистных сооружений поселка Теплая Гора. Фоновое содержание нефтепродуктов в суглинистых элювиально-делювиальных грунтах составило 0,069-0,078 г/кг.
Таблица 1 Соотношение содержания грунта, воды и нефти на месте аварии
| Проба |
Масса воды, г/кг |
Масса грунта, г/кг |
Содержание нефтепродуктов |
| общее, г/кг |
в воде, г/л |
| 1 |
327,7 |
592,9 |
79,4 |
0,237 |
| 2 |
231,8 |
745,5 |
22,7 |
0,168 |
| 3 |
441,9 |
509,4 |
48,7 |
0,138 |
| 4 |
81,1 |
891,5 |
27,4 |
0,286 |
| 5 |
453,0 |
395,6 |
151,4 |
0,126 |
| 6 |
269,0 |
690,0 |
41,1 |
0,149 |
| сред. |
300,8 |
637,5 |
61,8 |
0,184 |
| Вес.% |
30 |
64 |
6 |
 |
| Об.% |
41 |
50 |
9 |
|
По данным опробования среднее содержание грунта, воды и нефтепродуктов в смеси составляет соответственно 64, 30 и 6 весовых процента (табл.1). По ориентировочным расчетам в 600 м3 смеси грунта, снега и нефти содержится ориентировочно 48 т нефтепродуктов. Опробование воды из шурфов, пройденных в загрязненном грунте, показало, что содержание нефтепродуктов в ней составляет 1,88-5,30 г/л, подавляющая часть которых представлена нефтяной пленкой на поверхности воды.Таблица 2 Химический состав воды и снега в районе аварии, мг/л
| Место отбора |
HCO3 |
SO4 |
Cl |
NO3 |
NO2 |
Ca |
Mg |
Na |
NH4 |
Fe общ. |
Минер. |
Нефте
прод. |
рН |
| р. Койва |
140.3 |
37.0 |
4.3 |
2.3 |
0.03 |
31.1 |
6.7 |
25.9 |
0.0 |
0.02 |
247.6 |
0.18 |
7.72 |
| Снег |
12.2 |
9.1 |
4.3 |
3.2 |
0.04 |
1.0 |
0.6 |
9.9 |
0.5 |
0.10 |
40.9 |
0.12 |
6.72 |
Для разработки методов удаления нефтепродуктов в лабораторных условиях были проведены эксперименты с сорбентами, изготовленными из отходов производства активированного угля. Активированный уголь имеет большую площадь поверхности на единицу массы (580-1400 м2/г) и соответствующую пористую структуру, что и определяет его высокую эффективность как адсорбента [3].
Для исследований был выбран образец воды, отобранный на месте аварии, с мутностью 240 градусов. На первой стадии исследований для разрушения эмульсии и удаления нефти из воды был использован тонкодисперсный сорбирующий материал, который помещали на дно кюветы глубиной 200 мм, после чего в нее вливали тонкой струей по стеке воду загрязненную нефтью. В первый момент опыта сорбент всплывал на поверхность воды, а затем, по мере намокания, распределялся в ее объеме образуя суспензию. После отстаивания суспензии в течение суток пипеткой отбирались пробы воды на глубине, равной половине высоты слоя воды в кювете. В воде визуально можно было определить наличие взвешенных частиц сорбента. Поверхностная пленка частично сохранялась.
С целью обеспечения комплексности и полноты очистки был разработан и изготовлен образец многокомпонентного сорбента, который был испытан на аналогичном образце воды при условиях оговоренных ранее. После отстаивания в течение суток сорбент полностью разделился на два слоя — осадок на дне кюветы и плавающий слой. Вода, отобранная на половине глубины, имела показатель мутности 16 градусов, органолептически присутствие нефти не обнаруживалось. Плавающий слой сорбента удаляли с поверхности воды. После тщательного сбора сорбента нефтяной пленки на поверхности воды не наблюдалось, после отстаивания воды в течение суток поверхностная пленка вновь не образовывалась.
Таким образом, проведенные лабораторные испытания показали, что при применении многокомпонентного сорбента обеспечивается разрушение водно-нефтяной эмульсии и удаление нефти, как в объеме, так и с поверхности воды. Часть сорбента после осаждения образует сорбирующий слой на дне, который при наличии фильтрации воды в грунт будет работать по принципу намывного фильтра. Плавающий компонент сорбента после его отработки может быть удален с поверхности воды. Сорбент может быть изготовлен в самые короткие сроки из компонентов, производимых в Перми. К сожалению, для ликвидации последствий аварии был рекомендован значительно более дорогой способ с использованием реагентов импортного производства.
Для примера приведем одну из возможных принципиальных схем применения предлагаемого способа.
В загрязненном грунте проходятся траншеи и заполняются сорбентом. Глубина траншей определяется фильтрационными и физико-механическими свойствами грунтов, условиями залегания грунтовых вод в районе аварии. Траншеи с течением времени заполняется нефтепродуктами, водой (атмосферные осадки, таяние снега, верховодка). Загрязненная вода, дренированная траншеями, фильтруется через осадившийся сорбент Б и при этом очищается. Нефтяная пленка удаляется плавающим сорбентом А. После очистки воды сорбент удаляется и утилизируется, например, путем сжигания в топках или может оставаться на месте, а на участке складирования проводится рекультивация. Для предотвращения возможного загрязнения грунтовых вод за пределами обваловки, вследствие просачивания нефтепродуктов сквозь тело дамбы, рекомендуется по направлению движения подземных вод выкопать траншею и заполнить ее сорбентом. Для контроля эффективности ниже по потоку необходимо предусмотреть контрольные скважины.
Предлагаемый метод сравнительно прост в применении и экономичен. Кроме того, сорбент (отходы производства активированного угля) могут использоваться в виде экранов, укладываемых в местах потенциального разлива технологических продуктов на нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих и нефтетранспортных предприятиях.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
- Бородавкин П.П., Ким Б.И. Охрана окружающей среды при строительстве и эксплуатации магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1981. 160 с.
- Гриценко А.И., Акопова Г.С., Максимов В.М. Экология. Нефть и газ. - М.: Наука, 1997. - 598 с.
- Доусон Г., Мерсер Б. Обезвреживание токсичных отходов. М.: Стройиздат, 1996. - 288 с.
- Исмаилов Н.М., Пиковский Ю.И. Современное состояние методов рекультивации нефтезагрязненных земель / Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем / Сер. Современные проблемы биосферы / М.: Наука, 1988. С. 222-230.
- Обобрин А.А., Калачникова И.Г., Масливец Т.А. и др. Нефтяное загрязнение почвы и способы рекультивации / Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. М.: Наука, 1987. С. 284-291.
- Пиковский Ю.И. Трансформация техногенных потоков нефти в почвенных экосистемах / Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем / Сер. Современные проблемы биосферы / М.: Наука, 1988. С. 7-22. (3)
- Разлив нефти и специальное оборудование для устранения нефтяных загрязнений / Сер. Транспорт и хранение нефти. Зарубежный опыт. Вып.9/ М., 1998. - С.8-15.
- Шимановский Л.А., Шимановская И.А. Пресные подземные воды Пермской области / ПГУ: Пермское кн. изд-во, 1973. - 197 с.
|
|
|
