Экологическая реабилитация и мониторинг углеводородного загрязнения геологической среды

Голубев, Александр Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Экологическая реабилитация и мониторинг углеводородного загрязнения геологической среды
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Экологическая реабилитация и мониторинг углеводородного загрязнения геологической среды"

На правах рукописи

Голубев Александр Александрович

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РЕАБИЛИТАЦИЯ И МОНИТОРИНГ УГЛЕВОДОРОДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ (на примере аэродромного хозяйства в Московской области)

Специальность 25.00.36-Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва, 2008 г.

003454722

Диссертационная работа выполнена в ЗАО «Фирма Геополис» и на кафедре экологии и природопользования Российского государственного геологоразведочного университета имени Серго Орджоникидзе.

Научный руководитель: кандидат географических наук, профессор

Амир Нурулаевич Гусейнов

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор

Владимир Сергеевич Лебедев

кандидат геолого-минералогических наук Николай Аркадьевич Маршак

Ведущая организация: Институт Минералогии, Геохимии и Кристаллохимии Редких Элементов (ИМГРЭ)

Защита диссертации состоится " 18 " декабря 2008 г. в 15:00 на заседании диссертационного совета Д 212.121.04 при Российском государственном геологоразведочном университете по адресу: 117977, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.23 в ауд. 5-48.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим направлять по адресу: 117977, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.23 ученому секретарю совета Д 212.121.04.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан" 18 " ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук, доцент

Дорожкина Л. А.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы Добыча углеводородного (УВ) сырья, которое является основным источником энергии на сегодняшний день, сопровождается огромным ущербом для биосферы. В настоящее время ни один из современных технологических циклов не относится к «безотходным» или экологически безопасным из-за несовершенства технологий добычи или ее нарушений, неудовлетворительного качества или недопустимого износа оборудования. При этом, чем интенсивнее изъятие нефти, тем активнее идет формирование техногенных потоков флюидов, поступающих в природную среду. Нефть и нефтепродукты (НП) широко используются в различных отраслях промышленности. В связи с этим неизбежны аварийные ситуации, приводящие к разливам нефти и НП, следствием чего является загрязнение окружающей среды: почв и грунтов, подземных и поверхностных вод, атмосферы.

Нефть и НП являются приоритетными загрязнителями природной среды. Уже сейчас отдельные нефтедобывающие территории по состоянию окружающей среды приближаются к районам экологического бедствия. Наибольшее загрязнение грунтов нефтью и НП, в условиях России, происходит при добыче, транспортировке и хранении.

По данным МПР РФ, потери нефтепродуктов, зависящие от состояния резервуарного парка, сроков его эксплуатации, могут составлять 0,5-2% от величины годового оборота.

В настоящее время большое внимание уделяется проблеме загрязнения геологической среды нефтепродуктами. В работах исследователей отмечаются факты мощного УВ загрязнения с формированием подземных «техногенных месторождений» жидких НП в грушах зоны аэрации.

Оценить истинный объем потерь НП за весь период функционирования нефтеперерабатывающей промышленности РФ не представляется возможным из-за отсутствия должного учета и скрытия фактов крупных и мелких аварий. Несмотря на невозможность количественно оценить потери нефтепродуктов, неоспоримым остается факт резкого снижения экологического качества компонентов природной среды, загрязненных НП, на длительный срок.

Решение проблем экологической реабилитации нефтезагрязненных территорий осложняется из-за слабой изученности геохимических процессов, возникающих в трансформированных природных комплексах, несовершенством разработанных моделей постгехногенного развитая ландшафтов и миграции НП в геологической среде, отсутствием знаний о механизмах преобразования природной среды.

Под постановкой задачи экологической реабилитации подразумевается не только задача поиска, картирования и параметризации НП, загрязнений геологической среды, но и разработка методик и технических решений для экологической реабилитации геологической среды, загрязненной НП, за

кратчайшие сроки с максимально возможным, в каждом конкретном случае, геоэкологическим эффектом. Также необходима разработка программ комплексного мониторинга процесса экологической реабилитации, на всех стадиях процесса очистки.

Основные подходы к проблеме поиска углеводородных загрязнений геологической среды изложены в работах Воробьева С.А., Марютиной Т.А., Борисова АЛ., Гасанова К.С., Лебедева B.C., Солнцевой Н.П., Пиковского Ю.И., Иванова Д.В., Заири Н.М., Маршака H.A., Фролова И.Ю., R.Espinoza, R.Veronigue, R. Hennig и многих других отечественных и зарубежных исследователей. Проблеме экологической реабилитации геологической среды от НП загрязнений посвящены работы Королева В.А., Аренса А.П., Боревского Б.В., Ильиной ЕА., Максимовича Н.Г., Петровой М.С., Скалина A.B. и многих других. Основы мониторинга окружающей среды заложены в работах Ю.А. Израэля, И.П. Герасимова, Б.В. Виноградова, В.М. Федорова, В.Д. Ковды, В.И. Гридина, В.И. Акорвецкого, В.Н. Экзарьяна и многих других.

Основной задачей исследований в этом направлении является обобщение результатов ранее проведенных исследований с выходом на систему комплексной экологической реабилитации геологической среды от НП загрязнений. Наиболее универсальной, представляется система, состоящая из трех блоков:

1) разработка оптимальной методики поиска и параметризации углеводородного загрязнения,

2) подбор наиболее эффективных методов и технологий экологической реабилитации, в зависимости от параметров и степени загрязнения объекта,

3) осуществление постоянного контроля изменения реабилитируемых параметров, по средствам комплексного мониторинга.

Все вышеизложенное определило актуальность данной работы. Целью работы является разработка и апробация системы комплексной экологической реабилитации геологической среды от нефтепродуктовых загрязнений, на основе комплексирования геохимических и геофизических методов и оригинальных технических решений.

Согласно поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Оценка возможности комплексирования геохимических и геофизических методов для обнаружения и картирования массивов грунтов, загрязненных НП и линз жидких НП.

2. Аналитический обзор и обобщение материалов по современному состоянию методов выявления и картирования грунтов, загрязненных нефтепродуктами и технологий их экологической реабилитации.

3. Оптимизация процесса извлечения жидкой фазы нефтепродуктового загрязнения из геологической среды. Подбор наиболее эффективных режимов эксплуатации систем ликвидации загрязнений типа шахтный лучевой дренаж и система вертикальных скважин.

4. Разработка программы геоэкологического мониторинга территорий загрязненных нефтепродуктами и мониторинга параметров процесса экологической реабилитации геологической среды от нефтепродуктов на всех ее стадиях с последующей апробацией на объекте исследований.

5. Апробация разработанных методик поиска и реабилитация на конкретном объекте.

Научная повизна работы:

1. Предложено комплексирование геохимических (газовая и грунтовая съемки) и геофизических (резиствиметрия) методов для выявления грунтов, загрязненных НП и картирования линз жидких НП.

2. Применен шахтный лучевой дренаж для ликвидации жидкой фазы НП загрязнения и аэрации загрязненных грунтов, как альтернатива скважинному методу. Осуществлен подбор оптимальных режимов эксплуатации систем типа шахтный лучевой дренаж и вертикальных скважин, при ликвидации НП загрязнений геологической среды, на основе анализа зависимостей параметров, характеризующих работу систем.

3. Разработана программа комплексного мониторинга реабилитации геологической среды от НП загрязнений, которая использована при изучении и контроле изменения экологического состояния параметров загрязнения исследуемого объекта.

Практическая значимость работы: Работа нацелена на ликвидацию углеводородного загрязнения земель аэродрома и близлежащего поселка. В ходе работы, по состоянию на 2007г., предотвращена миграция жидких нефтепродуктов в геологическую среду поселка, что значительно улучшило экологические условия проживания населения. Локализован основной очаг жидкофазного загрязнения и в настоящее время ведется активное извлечение жидких НП из массива пород. Результаты исследований положены в основу диссертационной работы.

Исходный материал и методика исследования. Методическое обеспечение и контроль качества работы осуществлены кафедрой экологии и природопользования РГГРУ. В основу диссертации положены материалы, полученные в ходе полевых и лабораторных исследований, проводимых ЗАО «Фирма Геополис» на складе ГСМ аэродромного хозяйства и прилегающей территории, в период с 2004 по 2007г. при непосредственном участии автора. Данный объект на протяжении длительного времени подвергался интенсивному техногенному воздействию, выраженному в авариях на трубопроводах и технологических проливах, преимущественно авиационного керосина при его хранении и транспортировке.

На протяжении этого периода автором проведена следующая практическая работа: приповерхностная газо-геохимическая съемка на интервале глубин 0,6 и

1,2м - 390 измерений, отбор проб грунта на интервале глубин 0-2м -160 проб. Проведение мониторинговых наблюдений (измерение мощности слоя жидких нефтепродуктов и уровней грунтовых вод): технологический мониторинг - 318 измерений по сети из 22 скважин, площадной мониторинг -116 измерений по сети из 38 скважин. Подбор оптимальных режимов извлечения жидких нефтепродуктов - при эксплуатации СВС и ШЛД в период с 2005 по 2007г.

В ходе работы автором самостоятельно проведены: анализ и интерпретация материалов приповерхностных геохимических исследований, обработка результатов мониторинговых наблюдений, построение карт изопахит слоя жидких нефтепродуктов в грунтах и карт гидроизогипс исследуемой территории.

Поиск и параметризация техногенных скоплений нефтепродуктов в геологической среде проводились путем отбора проб грунтовых газов и проб грунтов на разных интервалах глубин. Концентрации грунтовых газов в пробах определялись инфракрасным методом в полевых условиях, а содержание сорбированных нефтепродуктов в грунтах - флуоресцентным методом в лаборатории.

Для обработки числового материала геохимических исследований и производственной информации, полученной в ходе тестовых откачек жидких НП на ШЛД и СВС применялись методы математической статистики и математического моделирования.

Оценка экологического состояния исследуемой территории осуществлялась с использованием методов картографирования и районирования. Прогноз изменения состояния компонентов природной среды и параметров загрязнения проводился методами геоэкологического мониторинга.

Результаты выполненной работы представлены в виде следующих защищаемых положений:

1. Комплексирование газо-геохимических и геофизических методов позволяет достоверно картировать погребенные ореолы углеводородного загрязнения геологической среды.

2. Выполненная экологическая реабилитация очагов загрязнения грунтов жидкими нефтепродуктами шахтным лучевым дренажом обеспечивает полную санацию геологической среды в отличие от традиционного скважинного метода.

3. Комплекс разработанного эколого-технологического мониторинга контролирует систему рекультивации геологической среды от углеводородного загрязнения.

Публикации и личный вклад в решение проблемы. Диссертация основана на методических и экспериментальных исследованиях, реализованных на изучаемом объекте при непосредственном участии автора. В период с 2005 по 2008г автором проведена следующая практическая работа: приповерхностная газо-геохимическая съемка на интервале глубин 0,6 и 1,2м - 390 измерений, отбор

проб грунта на интервале глубин 0-2м - 160 проб. Проведение мониторинговых наблюдений (измерение мощности слоя жидких нефтепродуктов и уровней грунтовых вод): технологический мониторинг - 318 измерений по сети из 22 скважин, площадной мониторинг - 116 измерений по сети из 38 скважин. Подбор оптимальных режимов извлечения жидких нефтепродуктов - при эксплуатации СВС и ШЛД в период с 2005 по 2007г.

По результатам проведенных исследований опубликовано 7 печатных работ, две из которых в рецензируемых ВАК научных журналах.

Результаты работы докладывались на заседаниях кафедры экологии и природопользования РГГРУ, на конференции молодых ученых «Инженерные изыскания в строительстве» ПНИИИС 2005г и 2008г, на VIII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» РГГРУ 2007г., на международной выставке WaseTech «Крокус Экспо», Москва 2007г, на международной экологической студенческой конференции, Новосибирск 2007г.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы включающего 119 наименований, изложена на 168 стр. текста, содержит 50 рисунков, 31 таблицу и 10 фотографий.

Благодарности. Автор выражает благодарность своему научному руководителю - кандидату географических наук, профессору Гусейнову Амиру Нурулаевичу. Автор признателен всем сотрудникам кафедры экологии и природопользования РГГРУ, особенно заведующему кафедрой «экологии и природопользования» РГГРУ доктору г.-м. наук, профессору Экзарьяну Владимиру Нишановичу, за активную поддержку и участие в ключевых вопросах.

Автор выражает благодарность сотрудникам ЗАО «Фирма Геополис» за помощь и поддержку, особенно генеральному директору Лифшицу А.Б. за активную помощь в организации полевых и исследовательских работ, а так же за предоставленный материал.

Содержание работы

В настоящей работе представлены результаты исследовательских и экспериментальных работ по комплексной экологической реабилитации геологической среды от мощного НП загрязнения, приуроченного к территории жилого поселка и склада горюче-смазочных материалов ГСМ. Объект исследования расположен на территории Щелковского района московской области. В роли основного источника, сформировавшего мощное НП загрязнение геологической среды, выступает склад ГСМ, функционирующий с 1956г. Основные потери жидких НП связаны с технологическими и аварийными разливами, преимущественно, авиационного керосина ТС-1. Факт появления

жидкой фазы НП в подвалах домов и гаражей установлены в 1984-85гт. В 2001г. в связи с мощным паводком, большое количество жидких НП мигрировало в направлении поселка, сложившаяся ситуация приблизилась к экологическому бедствию и требовала немедленной экологической реабилитации.

В геологическом строении района принимают участие породы протерозоя, кембрия, девона, карбона, юры, мела и отложения четвертичного периода. В пределах изучаемой территории развиты водоносные горизонты питьевого назначения. Основной очаг загрязнения сформировался в виде линзы жидких НП на первом от поверхности водоносном горизонте, залегающем на глубине от 1,5 до Зм в толще песков четвертичного возраста АЗц и К^у.

Задачи поиска, картирования и параметризации НП загрязнения в работе решались путем комплексирования геохимических и геофизических методов. Из геохимических методов использовались газовая и грунтовая съемки, проводимые на разных интервалах глубин: газовая съемка проводилась в двух уровнях на 0,6м и на 1,2м, грунтовая - на четырех (от 0 до 2м) с интервалом в 0,5м. Поинтервальный отбор проб грунта позволил провести радиальную дифференциацию разреза по содержанию сорбированных НП и сформировать представления о наличии линзы нефтепродуктов. На места наиболее вероятного нахождения линзы НП указывало увеличение концентраций сорбированных НП с глубиной, рост концентраций СН4, С02 и снижение концентраций 02.

В местах предполагаемого нахождения линзы НП были пробурены разведочные скважины глубиной от 7,5-9м до первого водоупора, представленного глинами оксфордского яруса верхней юры ^ох. В скважинах проводились геофизические исследования (резиствимерия) в режиме геоэкологического мониторинга.

Основными параметрами геофизических исследований в скважинах были отметки уровней грунтовых вод (УГВ), уровни жидких нефтепродуктов (УНП) и мощности слоя жидких нефтепродуктов (МНП).

Совместное применение комплекса геохимических и геофизических методов позволило выявить и параметризовать НП загрязнение геологической среды в пределах изучаемого объект. Опираясь на результаты полученных исследований, были подобраны методы и технологии экологической реабилитации.

Основным и наиболее агрессивным загрязнителем геологической среды, в условиях данного объекта, является линза жидких нефтепродуктов, на ее долю приходится 86% массовой доли загрязнения. Для ликвидации жидкой, парогазовой и сорбированной фаз НП загрязнения был предложен метод шахтного лучевого дренажа (ШДЦ), как альтернатива методу вертикальных скважин. Для возможности проведения сравнительного анализа эффективности каждого из метода на объекте были построены обе системы, воздействующие на одинаковую площадь загрязнения. В работе приводится сравнительный анализ результатов

эксплуатации первых десяти месяцев работы каждой из систем. Сформированы основные представления об рекультивационных возможностях и ресурсных ограничениях систем ликвидации НП загрязнений. Результаты проделанной работы доказали значительное превосходство метода ШДЦ над СВС в части ликвидации жидкофазного НП загрязнения. Результаты проделанной работы доказали значительное превосходство метода ШДЦ над СВС в части ликвидации жидкофазного НП загрязнения. Помимо технологии ликвидации жидких НП в работе обоснована возможность ликвидации парогазовой и сорбированной составляющей загрязнения с использованием ШДЦ.

Оценка эффективности экологических реабилитационных мероприятий осуществлялась в работе по средствам комплексного экологического мониторинга. Мониторинг рассматривается как неотъемлемая часть процесса экологической реабилитации на всех ее стадиях. Основной особенностью комплексного мониторинга при ликвидации мощных НП загрязнений является его разделение на технологический и площадной мониторинга. Предложенная в работе программа комплексного мониторинга позволяет эффективно оценивать динамику изменения реабилитируемых параметров и обеспечивать исследователей необходимой информацией для принятия своевременных управляющих решений и прогноза изменения экологической ситуации на объекте.

В работе рассмотрены и обоснованы геоэкологические основы реабилитации геологической среды от мощных НП загрязнений на всех ее стадиях на примере объекта исследований.

Защищаемые положения и их обоснование

Обоснование данного положения строится на результатах, полученных при последовательном применении комплекса геохимических (газовая и грунтовая съемки) и геофизических методов (резиствиметрия) на изучаемом объекте. Газогеохимическая шпуровая съемка базировалась на ранее установленном факте образования метана при преобразовании НП (Балаки В .Л., Иванов Д.А., Лебедев B.C., Соколов В.А и др). В процессе преобразования НП микроорганизмами в анаэробных условиях образуются промежуточные продукты, которые могут использоваться метангенерарующими бактериями с образованием метана и СОг-Исследования ранее выполненных работ показали что, чем старее и массивнее загрязнение, тем больше метана. Кислород потребляется при окислении метана и НП. (Калюжный А.Н., Лебедев B.C., Локшина ЛЯ., Ножевникова C.B. и др.).

Рассматриваемый объект эксплуатируется с 1956г и длительное время подвергался загрязнению, что могло привести к образованию большого количества метана диоксида углерода. Учитывая результаты работ

вышеупомянутых исследователей при газовой съемке исследовались газы СН4, С02 и 02.

Для выявления линзы жидких нефтепродуктов применялся геофизический прибор - межфазная рулетка (резиствиметр), которая ранее не использовался для этой цели.

Сочетание геохимического и геофизического методов позволило решить поставленную задачу.

Базовым методом оконтуривания площадного НП загрязнения была газовая шпуровая съемка, проводимая по регулярной сетке 50x75м на двух интервалах глубин 0,6 и 1,2м. Изучались следующие УВ газы СН4, С02 и 02. Концентрации грунтовых газов определялись инфракрасным методом в объемных процентах. Критериями для оконтуривания газо-геохимических аномалий был выбран СН4, образующийся в результате преобразования нефтепродуктов в анаэробных условиях микроорганизмами. По результатам газовой съемки построены карты полей концентрации указанных выше газов, что позволило выделить три аномальные зоны (рис.1). Аномальные зоны выделены по концентрациям СН4 на глубине 1,2м свыше 1 об.%.

Условные обозначения

ИЩУ Концентрация метана 1-5% 86

ШШ Концентрация метана 5 -10% 87

ЕИ Концентрация метана 10 - 20% 85^

В Концентрация метана 20% и более 90

О, Ш

Аномальная зона 3 Точки отбора проб газа ■ у Здания

Железная дорога

0 50 100 150 200 м

Рис. 1 Карта поля концентрации метана на глубине 1,2м с выделением аномальных зон

Опираясь на результаты газовой съемки, в точках увеличения концентраций СН4 с глубиной, намечались места поинтервального отбора проб грунта.

Грунтовая съемка, как было упомянуто выше, проводилась на объекте после газовой съемки в границах выявленных аномалий. Отбор проб грунта осуществлялся на четырех интервалах глубин (0-0,5м)(0,5-1м)(1-1,5м)(1,5-2м) в каждой точке для возможности радиальной дифференциации разреза по содержанию сорбированных нефтепродуктов.

Места бурения скважин намечались путем изучения градиентов распределения сорбированных нефтепродуктов в приповерхностном слое грунтов. Принималось, что вероятность образования линзы при отрицательном градиенте распределения концентраций сорбированных нефтепродуктов ниже, чем при положительном.

На основе анализа результатов газовой и грунтовой съемок выдвигались гипотезы о наличии линзы жидких НП ниже по разрезу. Проверки гипотез, базируются на положении о том, что жидкофазное НП загрязнение геологической среды формирует в разрезе, направленные к дневной поверхности, ореолы рассеяния УВ газов и повышенные содержания сорбированных НП. Таким образом, принималось допущение, что изучение корреляционных связей между концентрациями газов и сорбированных НП позволит прогнозировать наличие линзы жидких нефтепродуктов, что в свою очередь позволит эффективно намечать места бурения разведочных скважин. При обработке результатов и построении гипотез о наличии линзы жидких НП учитывалось, что в роли источника углеводородных (УВ) газов может выступать, как линза свободных нефтепродуктов, так и массив грунтов сорбировавших нефтепродукты.

Окончательный выбор мест бурения скважин осуществлялся на основе результатов интегрального анализа результатов газовой и грунтовой съемок и анализа корреляционных связей геохимических параметров.

В местах наиболее вероятного нахождения линз нефтепродуктов было пробурено 14 разведочных скважины. В скважинах проведены геофизические исследования при помощи межфазной рулетки (резиствиметра). Прибор четко фиксировал переходы (воздух - НП и НП - вода), в случае отсутствия НП прибор фиксировал переход (воздух - вода). По результатам геофизических исследований были точно установлены мощности слоя жидких НП в наблюдательных скважинах. Обследование скважин полностью подтвердило предположения о наличии линзы жидких нефтепродуктов (рис.2).

Опираясь на результаты комплекса геохимических и геофизических исследований для каждой из выделенных аномальных зон были рассчитаны основные параметры НП загрязнения: объем загрязненного грунта (Узг), масса загрязненного грунта (Мзг), масса сорбированных в грунтах нефтепродуктов (Мнп), масса углеводородной парогазовой фазы (Мнг), объем жидких нефтепродуктов (Унп), объем загрязненных грунтовых вод (Узв), масса растворенных НП в грунтовых водах (Мрн).

16*

Условные обозначения юз

Мощность линзы 0,5 -1 м ^

ШеВ Мощность линзы 1 - 1,5м

га

Мощность линзы 1,5 - 2м

Мощность линзы 2м и более V Точки атворе проб газа Здания Железная дорога Наблюдательные скважины

0 ' 50 100'160~200М

Рис. 2. Исходная линза нефтепродуктов, выявленная по результатам геофизического исследования скважин

Результаты расчета параметров НП загрязнения объекта исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры нефтепродуктового загрязнения исследуемого объекта

Загрязнен- Узг Мзг Мнп Мвг Унп Узв Мрн

ная зона (м3) (т) (кг) (кг) (м3) (м3) (кг)

1 221 250 442 500 989 519 27 561 - 97 527 580

2 268 686 537 372 692 673 15 856 15427 160 387 954

3 49 ООО 98 000 136 906 3 327 290 61 978 369

Итого 538 936 1 077 872 1 819 097 46 744 15 717 319 892 1 903

Таким образом, предложенное в работе комплексирование геохимических и геофизических методов позволяет достоверно выявлять, картировать и параметризовать мощные НП загрязнения геологической среды. Предложенный подход является оптимальным для решения подобных задач, так как прошел апробацию на объекте исследования.

2. Выполненная экологическая реабилитация очагов загрязнения грунтов жидкими нефтепродуктами шахтным лучевым дренажом обеспечивает полную санацию геологической среды в отличне от традиционного скважинного метода.

Доказательство данного положения основано на результатах эксплуатации систем ликвидации углеводородных загрязнений типа шахтный лучевой дренаж и система вертикальных скважин. Системы расположены на территории склада авиационного топлива. Они рассматриваются как альтернативные друг другу. Проведен детальный анализ их эксплуатации с целью определения наиболее эффективной, в одинаковых геологических и гидрогеологических условиях объекта. Сравниваются результаты одинакового периода эксплуатации каждой из систем.

Опираясь на результаты эксперимента по откачкам жидких нефтепродуктов из геологической среды, разработаны рекомендации по оптимизации работы систем в различные периоды времени года и проведена сравнительная оценка их эффективности.

Обработка данных строилась на положении о том, что все производственные манипуляции с откачками воды и жидких НП на ШДЦ и СВС приводят к возмущениям и изменениям гидрогеологической ситуации в зоне загрязнения. Они проявляются в динамике уровня грунтовых вод, перераспределения объемов жидких НП в геологической среде. Колебания уровня грунтовых вод и изменение пространственного положения объемов жидких НП отражаются в картах гидроизогипс и изопахит слоя жидких НП, построенных на разные даты по результатам мониторинга.

Исходя из данного положения принималось допущение о том, что установление корреляционных и регрессионных связей между наборами параметров, характеризующих производственный процесс (воздействие на систему) и текущую гидрогеологическую ситуацию (отклик системы), позволит количественно описать процесс извлечения жидких нефтепродуктов, дать его аналитическое выражение и на основе установленных математических зависимостей осуществлять управление процессом и прогнозировать его.

В набор параметров, позволяющих описывать систему производственный процесс <=> гидрогеологическая ситуация, были включены показатели, характеризующие работу системы: скорость откачки воды (Ув, м3/сут), суточный дебит жидких нефтепродуктов (Уно, м3/сут), объем линзы жидких нефтепродуктов (Узал, м3), глубина воронки депрессии (Нв, м), объем воронки депрессии (V вд, м3) гидравлический градиент (¡, безразмерная величина), концентрация нефтепродуктов в воде (Кнв, мг/л).

В процессе обработки принималось, что результаты мониторинга характеризуют не моментальное, а интервальное состояние гидрогеологической

системы. Поэтому, для установления взаимно однозначного соответствия между параметрами эксплуатационного процесса и гидрогеологической ситуации, все производственные данные были разбиты на 26 интервалов по числу циклов мониторинга. Для каждого интервала рассчитывались средние значения Vb и Vho, и уже для этих средних величин, определялись корреляционные и регрессионные связи с параметрами гидрогеологической системы, установленными по данным мониторинга.

Шахтный лучевой дренаж. В декабре 2005 года на складе авиационного топлива был введен в штатную эксплуатацию шахтный лучевой дренаж (рис. 3). С этого времени откачка воды и жидких нефтепродуктов (НП) проводилась непрерывно с редкими, кратковременными остановками, вызванными техническими причинами. К середине сентября 2006 года общий объем добычи жидких НО составил 108 м3, откачки воды - 10578 м3. В течение всего указанного временного интервала фиксировались основные технологические параметры процесса.

Цель работы состояла в оптимизации функционирования ШЛД, увеличении скорости извлечения жидких НП из геологической среды и сокращении сроков ликвидации НП загрязнения. Для достижения указанной цели, в течение десяти месяцев осуществлялась тестовая эксплуатация ШЛД и мониторинг компонентов природной среды, подвергавшихся интенсивному воздействию. Опытным путем определены наиболее эффективные режимы откачек для каждого сезона года и подбирались соответствующие им, необходимые водоприемные мощности. Окончательный выбор режима и рекомендации к эксплуатации осуществляются с учетом ресурсных ограничений.

Перед началом работ по реабилитации территории склада ГСМ, линза жидких нефтепродуктов была сконцентрирована на глубине 2,5-Зм и имела среднюю мощность 1,2м в месте расположения ШЛД. В целом по объекту средняя мощность линзы составляла 0,4 м и залегала на глубинах от 1,2м до Зм, глубина залегания увеличивалась с востока на запад, по направлению потока грунтовых вод. В течение всего 2005 года, проводился мониторинг динамики линзы жидких нефтепродуктов, оценка запасов жидких нефтепродуктов в поровом пространстве грунта, фиксировались основные тенденции в динамике перераспределения объемов по площади. Наблюдения велись по сети скважин.

1 - шахтный колодец

2 - лучевая скважина на воду

3 - лучевая скважина на нефтепродукт и/или аэрации загрязненного фунта

4 - естественный уровень фунтовых вод

5 - сниженный уровень фунтовых вод

6 - слой нефтепродуктов

7 - водоприемная скважина

8 - емкость для сбора НП

Рис. 3 Устройство Шахтного лучевого дренажа

В процессе обработки данных было установлено, что величины анализируемых параметров и их соотношения резко различаются по сезонам года. Основное изменение производственных показателей характерно для смены водного режима каждого из сезонов года. Выделены три условных периода (зима-весна, весна-лето, лето-осень), когда контрастность основных параметров наиболее ярко выражена (табл.2).

Таблица 2

Средние сезонные значения параметров

№ Сезон Интервал Ув Уно Узал Нв Увд ! Кнв

1 Зима-весна 16.12.0531.03.06 35,10 0,67 4339,90 2,15 3384,00 0,03 1,91

2 Весна-лето 01.04.0615.06.06 44,53 0,24 3216,12 1,37 1867,05 0,03 0,63

3 Лето-осень 20.06.0622.09.06 39,21 0,22 2447,30 0,58 911,42 0,02 0,62

Полученные статистические и аналитические зависимости позволяют выстроить причинно-следственную цепочку, характеризующую взаимодействие ШДЦ с гидрогеологической системой зоны его влияния. Увеличение откачки воды из ШЛД приводит к росту дебита НО, что обусловлено увеличением

глубины воронки депрессии, ее объема и стягиванием в нее НП. Технологический вывод - в зимне-весенний период времени, когда глубина воронки депрессии выше двух метров, т.е. близка к модели, оптимальная скорость откачки воды составляет 60-100 м3/сутки.

Полученные статистические и аналитические зависимости позволяют выстроить причинно-следственную цепочку, характеризующую взаимодействие ШЛД с гидрогеологической системой зоны его влияния в весенне-летний период. Весной основным фактором, определяющим дебит НО является содержание НО в воде. При этом уровень концентраций, НО падает по мере увеличения объемов откачки воды. Максимальные наблюдаемые значения Кнв = 1,42% имеют место при 20 м3/сутки откачки воды. Минимальные значения Кнв = 0,22% - при 80 м3/сутки. Вероятно наблюдаемый эффект обусловлен значительным притоком приходящей талой воды, разбавляющей водокеросиновую смесь (ВКС). При малодебитных отборах воды из коротких дрен, вероятно, работает только ближайшая к ШЛД зона, заполненная наиболее концентрированной ВКС.

Основная технологическая рекомендация для весеннего сезона парадоксальна - необходимо качать воду из коротких скважин ШЛД в объемах 2030 м3, это позволит получать максимальные притоки Уно близкие к уровню 0,4 м3/сутки.

Полученные статистические и аналитические зависимости позволили выстроить причинно-следственную цепочку, характеризующую взаимодействие ШЛД с гидрогеологической системой зоны его влияния в летне-осенний период:

Рост объемов откачки воды приводит к сокращению дебита нефтепродуктов. Максимальные уровни Уно ожидаются при теоретически минимальном Ув, равном 12 м3/ сутки.

Основным фактором, определяющим дебит НП, является содержание их в воде Кнв, которое снижается по мере роста скорости откачки воды.

В свою очередь Кнв определяется глубиной воронки депрессии. С ростом величины Нв, растет и содержание нефтепродуктов в воде.

Таким образом, весенние тенденции летом усиливаются. Приток грунтовой воды к зоне влияния ШЛД так велик, что увеличение откачек приводит к разбавлению ВКС и не увеличивает глубины воронки. В такой ситуации технологическая тактика работ, видимо, может сводиться к минимальному отбору ВКС (12-15 м3/сутки) из ближней зоны влияния ШЛД, где концентрация нефтепродукта максимальна.

Характеристики трех возможных основных подходов к эксплуатации ШЛД представлены в таблице 3.

Таблица 3

Подходы к эксплуатации ШЛД

Подход Техническая сущность подхода Режим эксплуатации Достигаемый эффект

№1 Увеличение водоприемных мощностей до 100 м!/сутки и выше Глубина воронки поддерживается на уровне 67 метров круглый год -Уно=1,0 мл/сутки, круглый год - годовая добыча 365 м3 или 295 тснн

№2 Увеличение водоприемных мощностей до 50-60 м'/час -Рост откачки воды зимой до 50-60 м V сутки -весной-летом 10-20 м3 /сутки -Уно=1,0 м3/сутки, зимой -Уно=0,35м3/сугки, весной-летом -годовая добыча 205,75 м3 или 166,7 тонн

№3 Никаких изменений Откачка воды' -зимой 30 м3/сутки (предел системы) -весной-летом 10-20 м3 /сутки -Уно=0,60 м~7сутки, зимой -Уно=0,35 м3/сутки, зимой - годовая добыча 157,8 м3 или 127,8 тонн

Система вертикальных скважин (СВС). СВС введена в строй в августе 2006 года. С этого момента она находится в штатной эксплуатации. Откачки воды и жидких нефтепродуктов проводились непрерывно, за исключением редких остановок, вызванных авариями и профилактическими работами. Общий срок работы СВС составляет 61 неделю. Для возможности сопоставления результатов эксплуатации СВС с результатами эксплуатации ШЛД, расчет параметров проводился по первым десяти месяцам эксплуатации.

Вертикальные скважины имели специальные конструкции, позволяющие фильтровать преимущественно слой жидких НП (рис.4).

По сравнению с ШЛД дебит жидких НП на системе вертикальных скважин не зависит от сезонов года. Это, скорее всего, объясняется отсутствием влияния СВС на гидрогеологическую ситуацию в целом, так как система ориентирована на дискретное водопонижение.

Основным показателем эффективности работы СВС, также как и ШЛД, является скорость извлечения или суммарный дебит НО. Для расчета осредненной оценки данного показателя использовался весь объем производственных данных.

На основании ежедневных объемов откачки НП рассчитывались среднесуточные дебиты за каждую неделю. Полученный массив данных обрабатывался статистически по изложенной выше методике

Результаты следующие: - среднее значение суточного дебита НО за прошедший период эксплуатации СВС составило 0,161 м3/сутки. При этом величина дебита варьирует от 0,037 м3/ сутки до 0,389 м3/сутки;

наблюдаемая динамика величины дебита свидетельствует об устойчивой тенденции к ее падению во времени. Резкое сокращение продуктивности системы наступает на 28-30 неделе эксплуатации. Затем дебит неопределенно долго (в течение 5-6 лет) сокращается с примерно 0,120 м3/сутки до 0,050 м3/сутки.

Первые 20 недель являются наиболее продуктивными с точки зрения извлечения жидких НП. Мощность слоя жидких НП восстанавливается полностью менее чем за сутки, 80-процентное восстановление мощности наблюдается уже через 4 часа. В этот период для системы характерно извлечение НП в объеме 0,60,4 м3/сут. Устойчивой тенденцией на всем протяжении эксплуатационного периода является постоянное сокращение дебитов НП. Это, в первую очередь, обусловлено малым радиусом влияния единичной скважины, что приводит к быстрому срабатыванию продуктивной зоны и медленному притоку жидких НП из дальних зон.

Факт малого радиуса влияния единичной скважины обусловлен с одной стороны ресурсными ограничениями в части водоприемных мощностей, с другой стороны фактом образования гидроокислов железа на границе вода - НП. Образование гидроокислов железа не случайно в условиях данного объекта. Подземные воды Подмосковья имеют повышенное содержание железа, которое флоккулируется на границе кислой (нефтепродукт рН 4,1) и щелочной (вода рН 8,3) сред.

Железистые образования являются, по сути, мощным препятствием для свободного латерального перемещения жидкостей в массиве пород. Скорее всего, это приводит к уменьшению радиуса влияния единичной скважины.

Результаты технологического и площадного мониторинга указывают на практически нулевое влияние системы вертикальных скважин на общую гидрогеологическую ситуацию. Воронка депрессии не формируется. Гидравлический градиент I = 0, следовательно, обращаются в ноль основные параметры, прямо зависящие от 1 и наоборот.

Таким образом, расчеты и анализы были нацелены в основном на оптимизацию процесса извлечения жидких НП с учетом ресурсных ограничений.

Ликвидация НП загрязнений системой вертикальных скважин свободного налива является малоэффективной, так как уже через 20-25 недель объем добычи НП снижается более чем в 10 раз и сроки ликвидации загрязнения увеличиваются обратно пропорционально тенденции снижения эффективности. Стоит принять во внимание, что в условиях ресурсных ограничений в части водоприемных мощностей такой подход является оправданным в виду отсутствия альтернативных решений. Тем не менее, зная особенности функционирования СВС, процессом излечения жидких НП можно управлять путем перехода на постоянное водопонижение, максимально задействовав существующие водоприемные мощности и ориентироваться в сторону их увеличения.

Рис. 4 Скважина для дискретных откачек: 1- Фильтровая колонна, 2 - Насос для откачки смеси воды и нефтепродуктов, 3 -Шланг, 4 - Оголовок скважины, 5 - Кабель насоса, б - Крепежный трос, 7 - Водоупор, 8 - Сниженный уровень нефтепродуктов, 9 - Сниженный уровень грунтовых вод, УГВ - Уровень грунтовых вод, УНП - Уровень нефтепродуктов.

С другой стороны отсутствие необходимых водоприемных мощностей задает верхний предел эффективности извлечения жидких НП на участке объекта в целом. Оправданность СВС заключается в отсутствии аналогов, способных решать такие задачи в заданных условиях ресурсных ограничений.

Эффективность работы системы резко падает на 28 - 30 неделе эксплуатации и ежедневный дебит НП составляет порядка 50 литров в сутки. Такое сокращение

дебита прямо пропорционально длительности процесса экологической реабилитации в целом, сроки реабилитации в такой ситуации могут увеличиваться до 7-10 лет.

Анализ результатов работы первых 10 месяцев позволил сформировать представления о механизме управления процессом в конкретных условиях объекта. Тактика работ нацелена на увеличение эффективности. Увеличение дебитов НП можно достигнуть несколькими путями:

- Увеличить количество промысловых скважин, сгустив сеть таким образом, чтобы между скважинами во всех направлениях было расстояние не более 10м. Однако двигаться в этом направлении не представляется возможным, так как густая сеть инженерных сооружений в виде дорог, кабелей, трубопроводов и прочих коммуникаций не позволит эффективно сгустить сеть скважин и объединить их в одну систему. Для независимого опроса таких скважин будет необходимым использование вакуумного оборудования, что сильно усложняет процесс.

- Организовать несколько водопонижающих центров и пробурить в непосредственной близости от них куст промысловых скважин для сбора накопившегося НП. Такая концепция является более привлекательной, но требует также увеличения числа водоприемных скважин. Перспективность этого подхода еще и в том, что крупность песков в разрезе возрастает с глубиной и, как следствие, увеличивается коэффициент фильтрации. Таким образом, воронка депрессии глубиной более двух метров, сформированная водопонижающим центром, может значительно увеличить скорость извлечения жидких НП.

Сравнительный анализ работы систем показал, что эффективность работы шахтного лучевого дренажа выше, чем у системы вертикальных скважин в среднем в 4 раза по параметру извлечения жидких НП. Необходимо принять во внимание тот факт, что в условиях данного объекта, на системе вертикальных скважин, не удалось организовать механизм постоянного водопонижения. Весьма вероятно, что эффективность работы системы вертикальных скважин возросла с изменением гидрогеологической ситуации.

С точки зрения возможности применения подобного рода систем предпочтительнее размещение шахтного дренажа, чем системы скважин, так как шахтный колодец располагается в одной точке и не мешает существующим на объекте коммуникациям. Также с экологической точки зрения шахтный дренаж пригоден не только для ликвидации жидкофазного загрязнения, но и предусматривает ликвидацию сорбированных нефтепродуктов в геологическом пространстве по средствам биовентиляции.

Вывод Очевидны преимущества шахтного дренажа над системой скважин, как с экологических, так и с технолого-экономических точек зрения. Для решения

задач по ликвидации жидкой фазы НП загрязнений геологической среды эффективнее использовать ШЛД нежели СВС. Однако в некоторых случаях единственным технически доступным решением могут быть скважины. Поэтому, наиболее эффективным является комбинирование СВС и ШЛД, особенно в тех случаях, когда наиболее удаленные от шахты участки целесообразнее очистить скважинами, чем провоцировать долгосрочную миграцию жидких НП путем постоянного водопонижения.

3. Комплекс разработанного эколого-технологнческого мониторинга контролирует систему рекультивации геологической среды от углеводородного загрязнения.

Эколого-технологический мониторинг является неотъемлемой частью процесса экологической рекультивации геологической среды на всех его стадиях. Систематические наблюдения ориентированы на получение своевременной достоверной информации об изменении параметров под воздействием реабилитационных мероприятий, что позволяет принимать решения в части управления и прогноза. При рассмотрении процесса экологической реабилитации, как единого комплекса, необходимо тематически подразделить его на три принципиально разных блока:

1) поиск и параметризация загрязнений геологической среды,

2)очистка геологической среды от нефтепродуктовых загрязнений, независимо от степени загрязненности,

3) мероприятия после реабилитационного периода.

Каждый из перечисленных выше блоков характеризуется определенным набором параметров, претерпевающих изменение в процессе мероприятий реабилитационного характера. Для возможности более эффективно использовать производственную информацию, было предложено введение комплексного мониторинга, состоящего из технологического и площадного мониторингов.

Проведение технологического мониторинга процесса ликвидации жидкофазного НП загрязнения позволяет наблюдать за динамикой изменения параметров процесса непосредственно в точке воздействия системы на геологическую среду (воздействие на систему). Проведение такого рода мониторинговых наблюдений необходимо для получения оперативной производственной информации о процессе экологической реабилитации, особенно его эффективности. Информация, полученная в ходе технологического мониторинга, помогает своевременно принимать управляющие решения в части изменения режимов эксплуатации системы ликвидации загрязнения, как в различные сезоны года, так и по мере интенсивности очистки.

В условиях данного объекта предусмотрено несколько этапов проведения технологического мониторинга, это предопределено стадийностью процесса

очистки. В случаях мощного НП загрязнения программой мониторинга предусмотрено дав этапа технологического мониторинга:

- Технологический мониторинг динамики мощности слоя жидких нефтепродуктов в точках воздействия системы на геологическую среду (эксплуатационные скважины и шахтные колодцы, параметр - УНП и УГВ в метрах) - первый этап.

- Технологический мониторинг динамики концентраций сорбированных нефтепродуктов в почвах и подстилающих породах непосредственно в точках воздействия системы на геологическую среду (аэрация грунтов, параметр концентрация сорбированных НП в грунтах в мг/кг на глубине 1 и 2м). Технологический мониторинг динамики концентраций парогазовой фазы углеводородных газов в грунтах зоны аэрации, в зоне непосредственного влияния системы на геологическую среду (аэрация грунтов, параметр -скорость потока СН4, С02 и 02 на глубинах 0,6 и 1,2м) - второй этап;

Площадной мониторинг процесса экологической реабилитации на объекте проводится на всех стадиях экологической реабилитации и несет функцию контроля динамики изменения параметров реабилитируемой территории и характеризует эффективность процесса экологической реабилитации (отклик системы). Программа площадного мониторинга многостадийна, и базируется на фундаментальной концепции: что все рекультивационные мероприятия прямо или косвенно влияют на параметры геологической среды и загрязнения. Также основным принципом площадного экологического мониторинга является измерение параметров загрязнения во всех выявленных загрязненных участках, кроме участков непосредственного воздействия (технологический мониторинг). По сути, площадной мониторинг нацелен на установление и контроль единого комплекса параметров, характеризующих загрязненную территорию. На объектах с мощным углеводородным загрязнением целесообразно последовательное проведение наблюдений, включающих ряд ключевых параметров и осуществление его в несколько этапов:

- Мониторинг мощности слоя свободных нефтепродуктов в режимных скважинах (параметр - мощность слоя жидких НП в метрах).

- Мониторинг динамики контура линзы НП, проводится по сети режимных скважин расположенных в пределах линзы НП (параметр - УНП и УГВ в метрах).

- Мониторинг динамики концентраций растворенных нефтепродуктов в грунтовой воде осуществляется во всех режимных скважинах (параметр концентрация растворенных в воде НП в мг/л);

- Мониторинг динамики концентраций сорбированных нефтепродуктов в загрязненных грунтах (параметр концентрация сорбированных НП в грунтах в мг/кг на глубине 1 и 2м).

- Мониторинг состава и скорости газовой эмиссии с поверхности в атмосферу за пределами зон обработки грунта (параметр - интенсивность потока СН4, С02 и 02 с дневной поверхности).

- Мониторинг динамики количественных и пространственных характеристик приповерхностного поля концентраций СН4, С02 и 02 по всей загрязненной площади на глубине 0,6 и 1,2м (параметр - СН4, С02и О2 в процентах объема).

Наряду с технологическими данными об объемах извлекаемых нефтепродуктов и воды, нагнетании воздуха и т.д., результаты мониторинга позволяют проводить целенаправленную регулировку и обеспечивать эффективные режимы эксплуатации системы воздействия на загрязнение. Кроме того, результаты мониторинга, позволяют оценивать текущий уровень загрязнения и динамику приближения к основной цели - достижению нормативного остаточного уровня. Для проведения мониторинга закладывается сеть наблюдательных скважин и постов. Работы проводятся с периодичностью, установленной техническим регламентом.

Разделение мониторинговых наблюдений на технологические и площадные необходимо для получения более достоверной и оперативной информации о процессе очистки. Технологический мониторинг, по сути, ориентирован на наблюдение за изменением параметров без временного запаздывания (воздействие на систему), а площадной, наоборот, ориентирован на фиксацию промежуточных значений наблюдаемых параметров (отклик системы). Сопоставление результатов технологического и площадного мониторингов позволяют эффективно контролировать и процесс очистки и оперативно управлять им.

Заключение

Разработана методика поиска и параметризации углеводородных загрязнений геологической среды с выявлением и картированием линз нефтепродуктов на основе комплексирования геохимических и геофизических методов, также предложен метод шахтного лучевого дренажа для экологической реабилитации геологической среды и разработана программа комплексного мониторинга процесса экологической реабилитации геологической среды от углеводородных загрязнений с апробацией на объекте исследований.

При этом:

1. Предложен метод комплексного применения газо-геохимической шпуровой и грунтовой съемок для оконтуривания НП загрязнений и резиствиметрия для определения мощности линзы жидких нефтепродуктов, эффективность которого была доказана на объекте исследования:

- Отбор проб грунта и грунтового газа на различных интервалах глубин позволил радиально дифференцировать разрез и на основе полученных результатов прогнозировать наличие линз жидких НП в более глубоких горизонтах разреза.

- Применение межфазной рулетки (резиствиметра), при исследовании скважин, позволило четко и однозначно определять нижние и верхние границы линзы НП.

2. Выполнен аналитический обзор современного состояния методов и технологий экологической реабилитации, что позволило сформировать представление о возможности использования шахтного лучевого дренажа для ликвидации жидкой, сорбированной и парогазовой фазы НП загрязнения. Применение ШДЦ позволило решить проблему реабилитации объектов с развитой инфраструктурой, что было труднодоступно скважинному методу.

3. Осуществлена реабилитация геологической среды от жидких НП методом ШЛД и СВС, основными этапами которой являются:

- Математическое моделирование процесса извлечения жидкой фазы НП загрязнений дало возможность сформировать представление о реабилитационном потенциале ШЛД и СВС.

- Установление параметров, характеризующих процесс экологической реабилитации и наблюдение за ними в процессе откачек жидких НП, позволило количественно описать работу системы и научиться управлять ей путем изменения режимов откачки.

- Эксплуатация ШЛД и СВС дала возможность, в одинаковых геологических условиях, определить ресурсные и технологические ограничения параметров работы каждой из систем. Сравнительная характеристика результатов работы системы показала преимущество ШЛД над СВС в среднем в 4 раза.

4. Разработана программа комплексного мониторинга процесса экологической реабилитации изучаемого объекта для всех стадий реабилитации. Для увеличения эффективности мониторинговых мероприятий предложено разделение режимных наблюдений на технологические наблюдения и площадные.

- Технологический мониторинг позволяет надежно контролировать эффективность реабилитационных мероприятий непосредственно в зоне активного влияния системы ликвидации НП загрязнений на компоненты геологической среды. Основная цель - обеспечение исследователя производственной информацией для принятия своевременных управляющих решений.

- Площадной мониторинг позволяет оценивать изменения параметров НП загрязнения на всей территории реабилитируемого объекта, тем самым давать интегральную оценку эффективности предпринимаемых мероприятий. Основная цель - контроль изменения общей экологической ситуации на реабилитируемом объекте по всем параметрам.

5. Предложенный комплекс мероприятий прошел апробацию на объекте, расположенном в Щелковском районе Московской области и показал себя как эффективный и универсальный инструмент для решения задач по

экологической рекультивации территорий от углеводородных загрязнений в условиях Московского региона. Работы по рекультивации геологической среды ведутся и в настоящее время. С момента начала работ шахтным лучевым дренажем извлечено 262тоны жидких нефтепродуктов, системой вертикальных скважин - 65тонн. (по состоянию на 10.11.2008г.) Вероятно, что применение предложенных решений будет весьма эффективно и во многих других регионах РФ с различными параметрами углеводородного загрязнения, климатических особенностей и геологического строения территории.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Голубев A.A. «Определение газогенерирующих характеристик грунтовых массивов при геоэкологических изысканиях». Сб. докладов «Конференции молодых ученых» ЛНИИИС, 2005.

2. Голубев A.A. «Особенности поиска и параметризации углеводородного загрязнения геологической среды». Доклады УШ международной конференции «Новые идеи о Земле». Российский государственный геологоразведочный университет имени С.Орджоникидзе (РГГРУ), Том 7. М.: 2007.

3. Голубев A.A. Гусейнов А.Н. «Мониторинг при реабилитации территорий от углеводородных загрязнений». Доклады VIII международной конференции «Новые идеи о Земле». Российский государственный геологоразведочный университет имени С.Орджоникидзе (РГГРУ), Том 7. М.: 2007.

4. Голубев A.A. «Особенности применения геохимических и геофизических методов поиска и параметризации углеводородных загрязнений геологической среды для нужд экологии». Сборник докладов международной экологической студенческой конференции (МЭСК), Новосибирск 2007, с70-71.

5. Голубев A.A. «Гравитационные методы экологической реабилитации геологической среды от углеводородных загрязнений». Научный журнал вестник КРАУНЦ, Петропавловск-Камчатский №10(2), с138-143.

6. Голубев A.A. «Результаты комплексного геохимического обследования аэродромного хозяйства и прилегающей к нему территории». Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. Научно методический журнал, №2, март-апрель, РГГРУ. М.:2008, с 83-85.

7. Голубев A.A. «Углеводородная экология». Инженерные изыскания. Всероссийский научно-аналитический журнал №3, июнь, ПНИИИС.М.:2008, С86-89.

Подписано в печать 17.11.2008 г.

Печать трафаретная

Заказ № 1197 Тираж: 100 экз.

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www autoreferat ru

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Голубев, Александр Александрович

Введение.- 4

Глава 1. Современное состояние проблемы экологической реабилитации геологической среды от углеводородных загрязнений.- 9

Выводы.- 13

Глава 2. Характеристики объекта исследований.- 15

2.1. История изучения объекта.- 15

2.2. Особенности геоэкологических условий Щелковского района.- 20

2.3 Геологическое строение.- 28

2.4 гидрогеологические условия.- 40

Глава 3. Комплексная методика выявления и картирования линз нефтепродуктов и загрязненных грунтов.- 52

3.1. Обоснование критериев выявления и картирования грунтов, загрязненных нефтепродуктами.- 52

3.1.1 .Формирование положительных аномалий углеводородных газов (УВГ).- 52

3.1.2. Формирование аномалий концентраций углекислого газа и кислорода.- 53

3.1.3. Рост концентраций сорбированных УВ в грунтах.- 54

3.1.4. Формирование свободной фазы загрязнения (линза нефтепродуктов).- 54

3.2. Газовая съемка.- 56

3.3. Грунтовая съемка.- 72

3.4. Бурение скважин.- 78

3.5. Геофизические исследования в скважинах.- 80

Резистивиметрия.- 80

3.6. Расчет параметров углеводородного загрязнения.- 85

Выводы.- 87

Глава 4. Методика реабилитации геологической среды от углеводородных загрязнений. -884.1. Обоснование основных положений процесса ликвидации углеводородного загрязнения.- 88

4.2. Моделирование процесса удаления жидких нефтепродуктов из техногенных линз шахтным лучевым дренажом.- 90

4.2.1. Технологическая концепция.- 90

4.2.2 Расчет технологических схем.- 91

4.2.3 Водоотбор из нижнего яруса лучевых дренажных скважин.- 92

4.2.5 Расчет параметров верхнего яруса лучевого дренажа.- 95

4.3. Моделирование процесса удаления жидких нефтепродуктов из техногенных линз системой вертикальных скважин.- 97

4.3.1. Расчет приемистости и количества вертикальной скважины для обратной закачки грунтовых вод.- 100

4.4. Результаты и сравнительный анализ рекультивации геологической среды от нефтепродуктовых загрязнений шахтным лучевым дренажем и системой вертикальных скважин.- 101

4.4.1 Шахтный лучевой дренаж.- 101

4.4.1.1. Исходные данные.- 107

4.4.1.2. Методика обработки данных.- 108

4.4.1.3. Интерпретация результатов наблюдений.-1104.4.2. Система вертикальных скважин.- 125

Выводы.- 133

Глава 5. Мониторинг процесса экологической реабилитации геологической среды от углеводородных загрязнений.- 138

5.1 Технологический мониторинг.- 138

5л Л. Технологический мониторинг динамики слоя жидких нефтепродуктов.

5.1.2. Технологический мониторинг динамики концентраций сорбированных нефтепродуктов в почвах и подстилающих породах.

5.1.3. Технологический мониторинг динамики концентраций парогазовой фазы углеводородных газов в грунтах зоны аэрации.

5.2 Площадной мониторинг.

5.2.1.Мониторинг динамики слоя свободной фазы нефтепродуктов.

5.2.2.Мониторинг динамики контура линз жидких нефтепродуктов.

5.2.3. Мониторинг динамики концентраций нефтепродуктов в грунтовой воде.

5.2.4. Мониторинг динамики концентраций сорбированных нефтепродуктов в загрязненных грунтах.

5.2.5. Мониторинг состава и скорости газовой эмиссии с поверхности в атмосферу за приделами границ зон обработки грунта.

5.2.6. Мониторинг динамики количественных и пространственных характеристик приповерхностного поля концентраций метана, углекислого газа и кислорода по всей загрязненной площади.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Экологическая реабилитация и мониторинг углеводородного загрязнения геологической среды"

Добыча углеводородного сырья, которое является основным источником энергии на сегодняшний день, сопровождается огромным ущербом для биосферы. В настоящее время ни один из современных технологических циклов не относится к «безотходным» или экологически безопасным из-за несовершенства технологий добычи или ее нарушений, неудовлетворительного качества или недопустимого износа оборудования. При этом, чем интенсивнее изъятие нефти, тем активнее идет формирование техногенных потоков флюидов, поступающих в природную среду. Нефть и нефтепродукты широко используются в различных отраслях промышленности. В связи с этим неизбежны аварийные ситуации, приводящие к разливам нефти и нефтепродуктов, следствием чего является загрязнение окружающей среды: почв и грунтов, подземных и поверхностных вод, атмосферы.

Нефть и нефтепродукты являются приоритетными загрязнителями природной среды (Солнцева, 1998). Уже сейчас отдельные нефтедобывающие территории по состоянию окружающей среды приближаются к районам экологического бедствия. Наибольшее загрязнение грунтов нефтью и нефтепродуктами в условиях России происходит при добыче, транспортировке и хранении (Королев, 2001).

В настоящее время все чаще встречаются работы, посвященные проблеме загрязнения геологической среды нефтепродуктами и указывающие на факты мощного углеводородного загрязнения с формированием подземных «техногенных месторождений» жидких нефтепродуктов в грунтах зоны аэрации (Максимович, 2008).

Достаточно сказать, что только в Московской области учтен 81 объект системы нефтепродуктообеспечения. Срок эксплуатации резервуарного парка составляет от 38 до 70 лет, в большинстве случаев без реконструкции и капитального ремонта. В Подмосковье имеется развитая сеть линейных транспортных сооружений системы нефтепродуктообеспечения, крупнейшая из которых - «Московское кольцо» с пропускной способностью 4,2 млн тонн/год.

По данным МПР РФ, потери нефтепродуктов, зависящие от состояния резервуарного парка, сроков его эксплуатации, могут составлять 0,5-2% от величины годового оборота, а по экспертным расчетам величина ежегодных потерь нефтепродуктов на объектах нефтепродуктообеспечения Московской области может составить более 120 тонн в год (Путина 2007).

Оценить истинный объем потерь нефтепродуктов за весь период функционирования нефтеперерабатывающей промышленности не представляется возможным из-за отсутствия должного учета и скрытия фактов крупных и мелких аварий. Несмотря на невозможность количественно оценить степень потерь нефтепродуктов, неоспоримым остается факт резкого снижения экологического качества компонентов природной среды, загрязненных нефтепродуктами, на весьма длительный срок.

Решение проблем экологической реабилитации нефтезагрязненных территорий осложняется из-за слабой изученности геохимических процессов, возникающих в трансформированных природных комплексах, несовершенством разработанных моделей посттехногенного развития ландшафтов и миграции нефтепродуктов в геологической среде, отсутствием знаний о механизмах преобразования природной среды (Солнцева, 1998).

Говоря о решении комплекса задач, подразумевается не только задач по выявлению, картированию и параметризации нефтепродуктового загрязнения геологической среды, но и разработка методик и технических решений экологической реабилитации геологической среды, загрязненной нефтепродуктами, за кратчайшие сроки с максимально возможным, в конкретных условиях, геоэкологическим эффектом. Необходима разработка программ мониторинга геологической среды для контроля изменения экологического состояния реабилитируемой территории и эффективности процесса очистки.

Подводя итог вышесказанному справедливо полагать, что проблема загрязнения геологической среды нефтью и нефтепродуктами весьма актуальна и для ее решения необходим системный подход, позволяющий решать возникающие задачи не отдельными блоками, а в комплексе и добиваться максимально возможного экологического эффекта в каждом конкретном случае. Необходима разработка специальных методик, которые позволят локализовать и параметризовать углеводородное загрязнение, и на основе сделанной оценки разработать методы экологической реабилитации.

Работы в этом направлении ведутся многими исследователями и специалистами, однако чаще всего речь идет об отдельно взятом компоненте природной среды, например, почва или растительность. Основной задачей, по-видимому, является обобщение результатов ранее проведенных исследований с выходом на систему комплексной экологической реабилитации геологической среды от нефтепродуктового загрязнения. Наиболее универсальной, представляется система, состоящая из трех блоков:

1) разработка методики поиска и параметризации углеводородного загрязнения,

2) подбор методов и технологий экологической реабилитации, в зависимости от параметров и степени загрязнения,

3) осуществление постоянного контроля изменения реабилитируемых параметров, по средствам геоэкологического мониторинга.

Все вышеизложенное определило актуальность данной работы. Целью работы является разработка и апробация системы комплексной экологической реабилитации геологической среды от нефтепродукговых загрязнений на основе комплексирования геохимических и геофизических методов и оригинальных технических решений.

Согласно поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Аналитический обзор и обобщение материалов по современному состоянию методов выявления и картирования грунтов, загрязненных нефтепродуктами и технологий их экологической реабилитации.

2. Оценка возможности комплексирования геохимических и геофизических методов для обнаружения и картирования массивов грунтов, загрязненных НП и линз жидких НП.

4. Разработка программы геоэкологического мониторинга территорий, загрязненных нефтепродуктами, и мониторинга параметров процесса экологической реабилитации геологической среды от нефтепродуктов на всех ее стадиях с последующей апробацией на объекте исследований.

5. Апробация разработанных методик поиска и реабилитация на конкретном объекте.

Научная новизна работы:

Исходный материал и методика исследований. Методические основы исследований апробировались автором на примере склада ГСМ аэродромного хозяйства и прилегающей территории, расположенной в Московской области. Данный объект на протяжении длительного времени подвергался интенсивному техногенному воздействию, выраженному в авариях на трубопроводах и технологических проливах, преимущественно авиационного керосина при его хранении и транспортировке.

В основу диссертации положены материалы, полученные автором в ходе полевых и лабораторных исследований, проводимых ЗАО «Фирма Геополис» в период с 2004 по 2007г. На протяжении этого периода автором проведена следующая практическая работа: приповерхностная газо-геохимическая съемка на интервале глубин 0,6 и 1,2м — 390 измерений, отбор проб грунта на интервале глубин 0-2м - 160 проб. Проведение мониторинговых наблюдений (измерение мощности слоя жидких нефтепродуктов и уровней грунтовых вод): технологический мониторинг — 318 измерений по сети из 22 скважин, площадной мониторинг - 116 измерений по сети из 38 скважин. Подбор оптимальных режимов извлечения жидких нефтепродуктов - при эксплуатации СВС и ШЛД в период с 2005 по 2007г.

В ходе работы автором самостоятельно проведен анализ и интерпретация материалов приповерхностных геохимических исследований, обработка результатов мониторинговых наблюдений, построение карт изопахит слоя жидких нефтепродуктов в грунтах и карт гидроизогипс исследуемой территории.

Поиск и параметризация техногенных скоплений нефтепродуктов в геологической среде проводились путем отбора проб грунтовых газов и проб грунтов на разных интервалах глубин. Концентрации грунтовых газов в пробах подпочвенного воздуха определялись инфракрасным методом, а содержание сорбированных нефтепродуктов в грунтах — флуоресцентным методом.

Результаты выполненной работы представлены в виде следующих защищаемых положений:

1. Комплексирование газо-геохимических и геофизических методов позволяет квартировать погребенные ореолы углеводородного загрязнения геологической среды.

2. Выполненная экологическая реабилитация геологической среды от жидкофазного углеводородного загрязнения шахтным лучевым дренажом целесообразнее традиционного скважинного метода.

3. Комплекс эколого-технологического мониторинга контролирует систему реабилитации геологической среды от углеводородного загрязнения.

Публикации и личный вклад в решение проблемы. Диссертация основана на методических и экспериментальных исследованиях, реализованных на изучаемом объекте при непосредственном участии автора. По результатам проведенных исследований опубликовано 7 печатных работ, две из которых в рецензируемых ВАК научных журналах.

Результаты работы докладывались на заседаниях кафедры экологии и природопользования РГТРУ, на конференции молодых ученых «Инженерные изыскания в строительстве» ПНИИИС 2005г и 2008г, на VIII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» РГТРУ 2007г., на международной выставке WaseTech «Крокус Экспо», Москва 2007г, на международной экологической студенческой конференции, Новосибирск 2007г., в вестнике КРАУНЦ. Науки о земле № 2(10) 2007г., в известиях ВУЗов «Геология и разведка» №2 2008г., во всероссийском научно-аналитическом журнале «Инженерные изыскания» №3 2008г.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы включающего 119 наименований, изложена на 168 стр. текста содержит 50 рисунков, 31 таблицу и 10 фотографий.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Голубев, Александр Александрович

Выводы

Мониторинг процесса очистки является обязательным элементом экологической реабилитации территории на всех ее стадиях. Информация, полученная в ходе мониторинговых наблюдений, позволяет количественно оценивать эффективность реабилитационных мероприятий и принимать соответствующие управляющие решения в части изменения режимов эксплуатации систем и давать прогнозы по изменению экологического качества очищаемой территории.

Разделение мониторинговых наблюдений на технологические и площадные необходимо для получения более достоверной и оперативной информации о процессе очистки. Технологический мониторинг, ориентирован на наблюдение за изменением параметров без временного запаздывания (воздействие на систему), а площадной, наоборот, ориентирован на фиксацию промежуточных значений наблюдаемых параметров (отклик системы). Сопоставление и анализ результатов технологического и площадного мониторингов позволяют эффективно контролировать и процесс очистки и управлять им.

На объекте исследования проведение мониторинговых наблюдений позволило контролировать изменение параметров углеводородного загрязнения геологической среды, определить производственные показатели систем ликвидации загрязнений, оценить инерционность реабилитируемой среды при различных интенсивностях воздействия на нее.

Предложенная последовательность мониторинговых наблюдений позволяет эффективно контролировать процесс экологической рекультивации геологической среды от углеводородных загрязнениях на всех стадиях очистки. Программа мониторинга разработана с учетом геоэкологических особенностей Московской области и может применяться отдельными блокам при мониторинге объектов с менее мощным углеводородным загрязнением, без образования линзы жидких нефтепродуктов.

Заключение

1) Разработка методики поиска и параметризации углеводородного загрязнения.

2) Подбор методов и технологий экологической реабилитации, в зависимости от параметров и степени загрязнения.

3) Осуществление постоянного контроля изменения реабилитируемых параметров, по средствам геоэкологического мониторинга.

Комплекс мероприятий, пришедший апробацию на изучаемом объекте, позволил оптимизировать процесс экологической рекультивации геологической среды. Он разработан с учетом географических особенностей и инженерно-геологических условий территории Московского региона.

В рамках работ, предусмотренных первым блоком, на объекте проведены комплексные геохимические исследования с применением методов газовой и грунтовой съемок, специально ориентированных на поиск техногенных скоплений нефтепродуктов в зоне аэрации с неглубоким залеганием грунтовых вод. Опираясь на результаты геохимических исследований, проведена параметризация площадного нефтепродуктового загрязнения геологической среды. На основании полученных результатов дана адекватная оценка экологического качества компонентов природной среды, а так же намечены и обоснованы мероприятия по экологической реабилитации компонентов природной среды от нефтепродуктовых загрязнений.

Критерии для оконтуривания техногенных геохимических аномалий и оценке экологического качества компонентов среды основаны на особенностях механизма миграции углеводородных газов и трансформации нефтепродуктов в геологической среде по глубине зоны аэрации. Проведена радиальная дифференциация разреза по концентрациям геохимических параметров, что легло в основу интерпретации результатов исследований. Содержательная интерпретация результатов газовой и грунтовой съемок, и статистическая обработка числового материала, позволила с высокой степенью вероятности давать прогноз наличия жидкофазного нефтепродуктового загрязнения в геологической среде.

В местах вероятного нахождения жидкофазного загрязнения пробурены разведочные скважины и осуществлен поинтервальный отбор проб грунта на сорбированные нефтепродукты. Результаты буровых работ полностью подтвердили состоятельность комплексного геохимического подхода основанного на радиальной дифференциации.

Результатом работы первого блока стало выявление трех основных аномальных участков различной степени загрязненности. Интегральные параметры нефтепродуктового загрязнения территории объекта - площадь 17 гектар, масса загрязненного грунта - 1 077 872 тонн, объем жидких нефтепродуктов -15 717 м3, масса сорбированных нефтепродуктов- 1 819 тонн, масса парогазовой углеводородной фазы - 46 744 кг. Сравнительный анализ результатов геохимических исследований и действующих в РФ экологических нормативов характеризует объект как территорию с мощным нефтепродуктовым загрязнением и требующую реабилитации.

Результаты комплексного обследования территории позволили подобрать и научно обосновать методы экологической реабилитации с учетом ресурсных ограничений и инженерно-геологических особенностей объекта. Сводная технологическая концепция ликвидации загрязнения базируется на использовании шахтно-лучевого дренажа, как для откачки нефтепродуктов, так и проведении биовентиляции грунтов, и системы вертикальных скважин для извлечения жидких нефтепродуктов как альтернатива ШЛД.

Программа второго блока предусматривает моделирование процесса очистки с применением выбранных на первом этапе технических решений и ввод их в эксплуатацию. Моделирование процесса очистки проведено после содержательного анализа результатов геохимических исследований и параметров геологической среды в зоне предполагаемого влияния системы. В рамках данного комплекса исследований решалась задача оптимизации процесса очистки и, как следствие, сокращение сроков реабилитации территории от нефтепродуктового загрязнения.

Для решения задачи по удалению жидкофазного и сорбированного загрязнения геологической среды на объекте построены и введены в штатную эксплуатацию две системы одинаковые по принципу и разные по параметрам и техническому исполнению. В результате первого года эксплуатации обеих систем удалось полностью понять механизм и принципы работы каждой из них, установить математическую зависимость ключевых параметров, характеризующих связь систем с геологической средой. На основании результатов статистической обработки производственной информации подобраны оптимальные режимы эксплуатации каждой из систем. По итогом проделанной работы сформировано представление о слабых сторонах и технических ограничениях каждой из систем.

Результатом проведенных исследований стало понимание работы каждой из систем и умение эффективно управлять ими, максимально увеличивая коэффициент извлечения жидких НП из геологической среды, тем самым, сокращая сроки экологической реабилитации. Так как обе системы шахтный лучевой дренажа и системы вертикальных скважин рассматривались, как альтернативные друг другу, проведена их сравнительная характеристика, в результате которой удалось установить, что эффективность шахтного лучевого дренажа в среднем в четыре раза выше, чем системы скважин в условиях данного объекта. Такая тенденция не случайна, так как шахтный дренаж обладает более мощным водопонижающим потенциалом, нежели скважины. Это позволяет, изменяя режим откачки оперативно управлять гидрологическими параметрами в зоне его непосредственного влияния, и не вызывать неоднородности фронтов жидкостных сред.

Система скважин обладает меньшим водопонижающим потенциалом и управление такого рода системой в режиме дискретных откачек практически не возможно в паводковые сезоны года, следовательно, происходит лишь частичная локализация жидкофазного загрязнения, что характеризует данный метод как малоэффективный при решении такого рода задач.

Несмотря на достоинства шахтного дренажа, относительно скважин существует ряд технических ограничений, задающих верхний предел применения подобного рода систем в различных геологических условиях. Основными ограничениями являются — технически возможная глубина шахтного колодца составляет порядка 20 метров, что фиксирует нижний предел влияния такой системы на загрязнение, и ограничение по длине горизонтальных дрен - не более ЮОметров. Таким образом, один шахтный дренаж способен воздействовать на загрязнение в радиусе 200м, из которых наиболее эффективными, как показал экспериментальный опыт откачек, будут первые 50м. Из этого следует, что в случаях большой площади загрязнения более 2га, потребуется несколько сооружений такого типа, что приводит к значительному удорожанию мероприятий по экологической реабилитации, так как средняя себестоимость одного шахтного дренажа глубиной Юметров с двумя уровнями дрен (общей длинной 250 погонных метров) составляет 6 млн. рублей (стоимость работ указана на 2005г.). Однако неоспоримым преимуществом шахтного дренажа является его вариабельность и возможность расположения его в любой точке объекта, не создавая помех и препятствий инженерным коммуникациям и инфраструктуре объекта. С другой стороны основным техническим ограничением использования шахтных дренажей является необходимость отведения большого объема о подтоварных вод в среднем порядка 100 м /сутки. Так же стоит принять во внимание, что шахтный колодец позволяет не только эффективно извлекать жидкие нефтепродукты из геологической среды, но и ориентирован на последующую ликвидацию сорбированного и парогазового загрязнения, что не предусмотрено и невозможно скважинами.

Система вертикальных скважин, несмотря на меньшую эффективность, тоже имеет ряд неоспоримых преимуществ. По сравнению с шахтным колодцем скважина не имеет жестких технических ограничений по глубине, то есть в тех местах, где загрязнение расположено глубже 20 метров. Одним из наиболее важных факторов, обеспечивающих эффективность работы системы, является водопонижение, в случае шахтного колодца эффективность его действия стремится к нулю при снижении объемов откачек. В тех случаях, когда водоприемные мощности крайне малы и не могут надежно принимать необходимое количество подтоварных вод, представляется возможным осуществлять экологическую реабилитацию с использованием скважин, ориентированных на дискретные откачки с преимущественным фильтрованием слоя жидких нефтепродуктов. Такой подход, по сути, не является эффективным, но при ограниченных водоприемных мощностях, как на участке локализации линзы нефтепродуктов №2, это наиболее рациональное решение проблемы с учетом экологических и экономических аспектов.

Принимая во внимание все преимущества и недостатки каждого из методов, представляется весьма перспективным их совместное применение. Например, в случаях, когда очищаемая площадь не на много больше площади эффективного влияния шахтного колодца, с экономической точки зрения, целесообразно разрабатывать незатронутую часть загрязнения скважинами. Также скважины эффективны в зоне застойных целиков в пределах зоны влияния шахтного колодца, для более эффективного протекания процесса очистки. Таким образом, совместное применение указанных выше методов позволяет эффективно осуществлять очистку грунтов от жидких нефтепродуктов.

Третий блок исследовательской работы посвящен мониторингу процесса очистки грунтов от углеводородных загрязнений. Предложенная программа мониторинговых наблюдений тематически делится на три блока — это 1) мониторинг загрязнения, 2) площадной мониторинг (стадия реабилитации) и 3) технологический мониторинг (стадия реабилитации). Такое разделение мониторинговых наблюдений обусловлено сложностью и динамичностью процессов трансформации углеводородных загрязнений в геологическом пространстве. Проведение мониторинговых наблюдений за динамикой загрязнения позволяет определять верхние и нижние границы проникновения поллютанта в толще горных пород, и установить основные закономерности и тенденции в изменении экологического качества компонентов природной среды. Результаты мониторинга загрязнения берутся за основу при моделировании процесса очистки.

Проведение площадных мониторингов позволяет эффективно оценивать динамику изменения общей экологической ситуации объекта. Технологические мониторинга предназначены для контроля процесса экологической реабилитации на каждой из стадий очистки и позволяют своевременно принимать соответствующие управляющие решения.

Несмотря на относительно высокую себестоимость мероприятий по экологической реабилитации территорий с использованием шахтных дренажей и скважин, необходимо принять во внимание, что образовавшийся в результате откачек жидкий нефтепродукт обладает определенными товарными качествами и реализуется на нефтеперерабатывающих заводах по цене от 4 до 9 рублей за килограмм. Таким образом, на объектах с мощным углеводородным загрязнением геологической среды с образованием жидкой фазы в объемах более 20 тысяч тонн все мероприятия по экологической реабилитации могут окупиться в полном объеме за счет реализации жидких нефтепродуктов и даже приносить прибыль в размере первых миллионов рублей. Так непосредственно на объекте исследований по состоянию на февраль 2008г добыто и утилизировано 258 тонн жидких нефтепродуктов, что позволило выручить более одного миллиона рублей.

Предложенный методический комплекс прошел апробацию на территории аэродрома, расположенного в Щелковском районе Московской области и показал себя как эффективный инструмент для решения задач по экологической реабилитации территорий от углеводородных загрязнений в условиях Московского региона. Результаты выполненной работы по экологической рекультивации геологической среды от углеводородного загрязнения позволяют высказать предположение о том, что применение предложенных решений будет весьма эффективно и в других регионах РФ с аналогичными параметрами загрязнения, климатическими особенностями и геологическим строением территории.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Голубев, Александр Александрович, Москва

1. Актуальные проблемы экологии и природопользования: Сборник научных трудов. Вып. 9 - Ч.З. - М.: РУДН, 2007. - 283 .с

2. Акулыиина Н.П., Лобовиков Н.Н., Лобовикова В.Ф., Шубаков А.А. Биологическая рекультивация нарушенных и загрязненных земель на Европейском Севере.//Труды Коми научного центра Уро АН СССР, № 104, 1989 с.82-90.

3. Аравин В.Н., Нумеров С.Н. Теория движения жидкостей и газов в недеформируемой пористой среде. М., Гостоптехиздат, 1969. 97с.

4. Арене В.Ж., Саушкин А.З., Гридин О.М., Гридин А. О. Очистка окружающей среды от углеводородных загрязнений. М.: Изд-во «Интербук», 1999. 371 с.

5. Арманд Д.Л., Таргулъян ВО., Некоторые принципиальные ограничения эксперимента и моделирование в географии (принцип дополнительности и характерное время).//Изв. АН СССР, сер. геогр., №4, 1974. с. 129-138. Мысль, с. 118-30

6. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. М.: Наука, 1977. 356 с.

7. Блянкман Л.М., Пономарев ВТ., Смирнова Н.Л. Очистка фильтрующих материалов. 2-е изд. Перераб. М.: Энергоатомиздат, 1992. 144с.

8. Большаков Ю.Я. Теория капиллярности нефтегазонакопления. Новосибирск: Наука, 1995. 192 с.

9. Бондаренко Л.А., Думова И.И., Мкртчян Г.М., Имитационное моделирование экологического воздействия нефтедобычи на природную среду в ЗСНГК. //Анал. и планир. топливно-энерг. комплекса Сибири. Новосибирск, 1988. 130-149 с.

10. Борд И.О. Фролов Е.Ф. Поиск и разведка нефтяных и газовых месторождений. М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы., 1957. - 674 с.

11. И.Борзенко И.А., Сидоров Д.Г. Использование биологических методов для борьбы с нефтяными загрязнениями почвы // Наука в России. №56 21-28 с.

12. Брылев В. А., Харламов В. А.,. Изучение природно-технических систем на примере нефтегазодобывающих районов Нижнего Поволжья. «Природа ихозяйственная деятельность в Нижнем Поволжье», Волгоград, 1986 75-81 с.

13. Булатов В.И. Нефть и экология. Научные приоритеты в изучении нефтегазового комплекса. Новосибирск, 2004 155с.

14. Булатов А.И., Макаренко П.П. Шеметов В.Ю. Охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленности. М.: Недра, 1997 - 483с.

15. Бочевер Ф.М. Расчеты эксплуатационных запасов подземных вод. М., Недра, 1968. - 368с.

16. Волков А. М. Основы экологического права. Общая часть. Учебное пособие. М., Издательство «Щит-М», 2003. 127с.

17. Волков A.M. Курочкина В.В. Сборник нормативных правовых актов по экологическому праву. М., Издательство «Щит-М», 2003. — 474с.

18. Геннадиев А.Н., Лыковский Ю.И. Флоровская В.И и др. Геохимия полициклических ароматических углеводородов в горных породах и почвах. М.: МГУ, 1996. - 190с.

19. Голубев А.А. «Определение газогенерирующих характеристик грунтовых массивов при геоэкологических изысканиях». Сб. докладов «Конференции молодых ученых» ПНИИИС, 2005.

20. Природа, № 3, 1979 71-79 е.

21. Глазовская М.А., Пиковский Ю.И., Скорость самоочищения почв от нефти в различных природных зонах, «Природа», № 5, 1980 118-119 с.

22. Глазовская М.А., Пиковский Ю.И. Ландшафтно-геохимические основы мониторинга природной среды //Вестник МГУ, сер. геогр., 1987 №1, 2421 с

23. ЪЪ.Голъдберг В.М. Распределение концентраций газообразных углеводородов над загрязнённой поверхностью грунтовых вод в зоне аэрации //Геоэкология, № 3, 1997. 21 - 28 с.

24. ЪА.Голъдберг В.М., Зверев В.П., Арбузов А.И., Казенное С.М. и др. Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологические последствия. М: Недра, 2001г., 150с.

25. Гридин О.М. О нефтяных разливах и спасительных сорбентах //Нефть и бизнес. 1996. № 5-6. 10-13. с.

26. ЪЪ.Добрянский JI.H., Загрязнение нефтью и нефтепродуктами экосистем севера важнейшая экологическая проблема.//Экология нефтяного комплекса. М., 1988., с.51-53.

27. Ермашова Н.А., Огнетова М.П., Лушников С.В., Волков В.М. Исследование влияния утечек нефтепродуктов из нефтехранилища и АЗС на загрязнение геологической среды

28. Жузе Т.П., Миграция углеводородов в осадочных породах. М.: Недра, 1986 186 с.

29. Заири Н.М., Ляшенко Л.Л., Маршак Н.А., Васюта Ю.В. Изотопно-геохимическая методика поиска и оконтуривания техногенных углеводородных скоплений. // Сборник статей: Прикладная геохимия, выпуск №2 -М.: Экологическая геохимия, ИМГРЭ 2001. -136-147 с.

30. Израэлъ А. Ю. «Экология и контроль состояния природной среды» -Л.: Гидрометеоиздат, 1989

31. Израэлъ Ю.А., Семенов С.М., Абакумов В.А. и др. Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т.20 2005. 320 с.

32. Ильина Е. А. Исследование эффективности очистки грунтов от загрязнения жидкими нефтепродуктами. Геоэкология 2003/3 24-31 с.

33. Казенное СМ., Арбузов А.И., Ковалевский Ю.В. Воздействия объектов нефтепродуктообеспечения на геологическую среду //Геоэкология. 1998. № 1. 54-74.с

34. Карцев А.А. Основы геохимии нефти и газа. М.: Недра, 1969. - 269. — 53с.

35. А9. Карцев А А., Табасаранский З.А., Суббота М.И., Могилёвский Г.А. Геохимические методы поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений. М.: Гостоптехиздат, 1954. - 150 с.

36. Климентов 77.77., Кононов В.М. «Динамика подземных вод». М., «Высш. школа», 1973, 440 с.

37. Киреееа Н.А. Микробиологические процессы в нефтезагрязненных почвах. Уфа: БашГУ, 1994. 172с.

38. Кожевина Л. С. Микробные системы литосферы //Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология, № 4, 1999. с 31

39. Конституция Российской Федерации. СЗ РФ. №237, 25.12.1993.(с изм. внесенными Указами Президента РФ от 09.01.1996 № 20, от 10.02.1996 № 173, от 09.06.2001 №679)

40. Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях от 30.12.2001 № 195-ФЗ (в ред. от 04.07.2003 № ЮЗ-ФЗ). СЗ РФ. 07.01.2002,№ 1 (ч. 1)

41. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. — М.: Изд-во МГУ, 2007.-272с.

42. Королев В.А. Очистка грунтов от загрязнений. М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001. 365 с.

43. Кофф Г.Л. Кожевина Л. С. Роль микроорганизмов в изменении геологической среды //Инж. Геология, № 6, 1981. 63-74 с.

44. Лебедев B.C. Каменыциков А.Ф., Глагольев М.В. Иванов Д.М. и др. Математическое моделирование изменения состава биогаза в процессе окисления на объектах захоронения бытовых отходов. Геоинформатика 1996 №1(4) 23-26с.

45. Лебедев B.C., Горбатюк О.В., Иванов Д.В., Ноэ1севникова А.Н. и

46. Максимович Н.Т., Петрова М.С. Особенности нефтяного загрязнения закарстованных территорий приморского края. Сергеевские чтения М.: науа 2007г. 224-227 с.

47. Маршак Н.А., Заири Н.М. выявление и оконтуривание подземных техногенных скоплений на основе данных по изотопной геохимии углерода почв. //Тезисы докладов XVI симпозиум по геохимии изотопов имени А.П. Виноградова. — М.: ГЕХИ, 2001.-159-160 с.

48. Могилёвский Г.А., Богданова В.М., Стадник Е.В., и др. Распространение и активность бактерий, окисляющих и образующих горючие газы. Роль микроорганизмов в круговороте газов в природе. М.: Наука, 1979. - 270 -253 с.

49. Мироненко В.А. Динамика подземных вод. М., Недра, 1983. — 357с.68 .Мироненко В.А. Загрязнение подземных вод углеводородами // Геоэкология. 1995. №1 3-27с.

50. Михайлов С., Таргулян О. Нефтяные разливы — вид из космоса //Географические информационные системы в нефтегазовой промышленности. М.:ДАТА+,2002. - С. 152

51. Ю.Неганов А. Ф. Некоторые особенности геохимии почв в районе газонефтяных залежей //Учен, зап., т. 51. Саратов: Саратовский университет, 1956.-31-36 с.

52. Х.Островский С.А. Комплексная ликвидация аварийных разливов нефти //Современные методы очистки территории от нефтяных загрязнений. М.: НТЦ "Лукойл", 1996. 151 с.

53. Орлов Д.С, Аммосова Я.М.,. Методы контроля почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами./ЛТочвенно-экологический мониторинг. М.: изд-во Моск.ун-та, 1994 94с.

54. Пашковский И. С. Разработка геофильтрационных моделей системы «зона аэрации грунтовые воды»: Автореф. дис. докт. геол.-мин. наук. М ., 1986. -56с.

55. Перелъман А.И. Геохимическая классификация газов биосферы. Роль микроорганизмов в круговороте газов в природе. М.: Наука, 1979.-65-67 с.

56. Пиковский Ю.И Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. -М.: изд. МГУ, 1993. 197 с.

57. Пиковский Ю.И. Мониторинг нефти и нефтепродуктов в окружающей среде. Уфа 1985 - с 65-71.

58. Питъева К.Е. Гидрогеоэкологические исследования в районах нефтяных и газовых месторождений. М.: ОАО «Изд. Недра», 1999. - 199 с.

59. Приказ N 81 Об утверждении методики исчисления размера ущерба от загрязнения подземных вод. От 11 февраля 1998 г.

60. РД 152-001-94 Экологические требования к предприятиям транспортно-дорожного комплекса, утвержденных Минтрансом РФ 20.05.1994

61. Розанова Е.П. Использование углеводородов микроорганизмами //Успехи микробиологии, № 4, 1967. 61 - 72 с.81 .Розанова Е.П., Кузнецов СИ Микрофлора нефтяных месторождений. М.: Наука, АН СССР ин-т Микробиологии, 1974. - 178 с.

62. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. М.; Недра, 1990.-335 с.

63. Ю.Соколов В. А. Прямые геохимические методы поисков нефти. М.: Гостоптехиздат, 1947. - 342 с.

64. Соколов В.А., Григорьев Г.Г. Методика и результаты газовых геохимических нефтегазопоисковых работ. -М.: Гостоптехиздат, 1969. -160 с.

65. Соколов В.Л., Фролов Е.Ф., Фурсов А.Я. Поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений. М.: Недра, 1974. - 295 с.

66. Солнцева Н.П., Касимов Н.С., Техногенные потоки и ландшафтно-геохимические барьеры.//Исследования окр. среды геохимич. методами. М.: ИМГРЭ, 1982 с. 15-24.

67. Солнцева Н.П., Общие закономерности трансформации почв в районах добычи нефти (формы проявления, основные процессы, модели).//Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М.: Наука 1988, с.23-42.

68. СП 11-102-97. Инженерно-экологические изыскания для строительства / Госстрой России. М.: ПНИИИС Госстроя России, 1997 г., 41с.

69. Товарные нефтепродукты, свойства и применение // Справочник. -М.:Химия, 1978.-472 с.

70. Уголовный кодекс Российской Федерации Изд-тво: Феникс Серия: Закон и общество 2006. с. 218.

71. Федеральный закон №7-ФЗ от 10.01.02г. «Об охране окружающей среды». СЗРФ. 14.01.2002, №2, с. 13394 .Шестаков В.М. Динамика подземных вод. М., Изд. МГУ, Гостоптехиздат, 1973. - 302с.

72. Шестаков В.М., Оценка площадного питания при периодических сезонных колебаниях уровней грунтовых вод //Вести. Моск. ун-та. Сер. геол. 1992. № 5.-с 24-28.

73. Шрайбер X, Комащенко В.И., Мотес Й современные методы очистки зараженных грунтов на месте их залегания. Учебное пособие/М.: МГИУ2001.-167с.

74. Экзаръян В.Н. Геоэкология и охрана окружающей среды. М.: Экология, 1997.- 172 с.

75. Acar Y.B., Hamed J., Alshwabkeh A., Gale R. Cd(II) removal from saturated kaolinite by application of electrical current// Geotechnique. 1994. Vol. 44, N. 3, P. 239-254.

76. Bioventing PRINCIPLES applications and case studies. INET, Inc, 7508 Masters Drive, Potomac, Maryland 20854, 1993, TOPIC-4. P 27

77. Bioventing PRINCIPLES applications and case studies. INET, Inc, 7508 Masters Drive, Potomac, Maryland 20854, 1993, TOPIC-6. P 41

78. Bioventing PRINCIPLES applications and case studies. INET, Inc, 7508 Masters Drive, Potomac, Maryland 20854, 1993, TOPIC-7. P 20

79. Choi Y.S., Lui R. A mathematic model for the electrokinetic remediation of contaminated soil // J. Hazardous Materials. 1995. Vol. 44. P. 61-75.

80. Coletta T.F., Bruell C.J., Ryan D.K., InyangH.I. Cation-enhanced removal of lead from kaolinite by electrokinetics//!, environmental engineering. 1997. Vol. 123, N12. P. 1227-1233.

81. De Flaunt M.F., Condee C. W. Electrokinetic transport of bacteria// J. Hazardous Materials. 1997. Vol. 55. P. 263-277.

82. Denisov G., Hicks R.E., Probstein R.F. On the kinetics of charged contaminant removal from soils using electric fields // J. Colloid Interface Sci. 1996. Vol. 178. P. 309-323.

83. Electorowicz M., Boeva V. Electrokinetic supply of nutrients in soil biore-mediation/ZEnvironmental Technology. 1996. Vol. 17. P. 1339-1349.

84. Estella A. Atekwana, Daniel P. Cassidy, Charlie Magnuson, Anthony L. Endres, D. Dale Werkema, Jr., Changes In Geoelectrical Properties Accompanying Microbial Degradation Of Lnapl.

85. Liu В., Liu R. Electrokinetic remediation of contaminated soil// Nonlinear Analysis, Theory & Application. 1997. Vol. 30, N. 6. P. 3391-3398.

86. Haran B.S., Zheng G„ Popov B.N., White R.E. Electrochemical decontamination of soils: development of a new electrochemical method for decontamination of hexavalent chromium from sand // Electrochem. Soc. Proceedings. 1995. Vol. 95, N 12. P. 227-251.

87. Narasimhan В., Sri Ranjan R. Electrokinetic barrier to prevent subsurface contaminant migration: Theoretical model development and validation // J. Contaminant Hydrology. 2000. Vol. 42, N. 1. P. 1-17.

88. Ribeiro A.B., Mexia J.T. A dynamic model for the electrokinetic removal of copper from a polluted soil // J. Hazardous Materials. 1997. Vol. 56. P. 257271.

89. William A. Sauck Institute for Water Sciences, Western Michigan University, Kalamazoo, MI 49008. Proceedings of the Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems, 1998, P 805-817

90. Wilson D.J., Rodriguez-Maroto J.M., Gomez-Lahoz C. Electrokinetic remediation. II. Amphoteric Metals and Enhancement with a weak Acid // Separation Science and Technology, 1995. Vol. 30, N 16. P. 3111-3128.

91. Yang G.C.C., Long Y. W. Removal and degradation of phenol in a saturated flow by Electrokinetics-Fenton Process // Proc. 3rd Groundwater Resources and Water Quality Protection Conf., January 13-14, Chungli, Taiwan, 1999. P. 156167.

92. Yeung A. T. Waste containment using electro-kinetics // Proc. Intern. Symp. on Geology and Confinement of Toxic Wastes. Montpellier, France, 1993. Vol. l.P. 585-590.

Информация о работе

Голубев, Александр Александрович
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2008
ВАК 25.00.36

Диссертация

Экологическая реабилитация и мониторинг углеводородного загрязнения геологической среды - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы