Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экологический анализ влияния объектов транспорта газа на состояние окружающей среды

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Экологический анализ влияния объектов транспорта газа на состояние окружающей среды"

С"

^ с?.-"О

.Со

О. ^^ На правах рукописи

ИЛЬЯКОВА ЕЛЕНА ЕВГЕНЬЕВНА

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ОБЪЕКТОВ ТРАНСПОРТА ГАЗА НА СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ "ОСТРОГОЖСК" ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ)

Специальность: 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов (географические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва 1998 г.

Работа выполнена на кафедре почвоведения и экологии Государственного университета по землеустройству, Москва, Россия

Научный руководитель - доктор географических наук, профессор,

лауреат Государственной премии СССР Хабаров Александр Владимирович

Научный консультант

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бухгалтер Лев Борисович

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Кочуров Борис Иванович

кандидат географических наук Гуров Анатолий Федорович

Ведущая организация: Ассоциация разработчиков и производителей средств противокоррозионной защиты для топливно-энергетического комплекса, Москва, Россия.

Защита состоится "■/£"мчэмя 1998 г. в/^ "'час, на заседании диссертационного совета Д 120.59.03 при Государственном университете по землеустройству по адресу: 103064, Москва, ул. Казакова, 15, Государственный университет по землеустройству, тел. (095) 261-71-13, ст. метро "Курская".

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного университета по землеустройству по адресу: 103064, Москва, ул. Казакова, 15.

Автореферат разослан "/■5" мая 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Несмотря на преимущества использования природного газа перед другими видами топлива, количество вредных веществ, поступающих в окружающую среду при его использовании, остается достаточно большим, что приводит к существенным изменениям в атмосфере, поверхностных водотоках, водоемах. подземных водоносных горизонтах, почвах и растениях.

При транспорте газа наиболее существенными источниками загрязнения биосферы являются компрессорные станции. Они поставляют в воздушную среду большую часть оксида и диоксида азота, оксида углерода. Снижение их содержания в воздухе - главная задача в газовой отрасли. Отсюда необходимо обеспечение герметичности всех систем , сокращение аварийных ситуаций, что связано с уменьшением потерь газа, и, следовательно, негативного воздействия на окружающую среду.

Мощный парк газоперекачивающих аппаратов и установок участвует в общем вкладе загрязнения воздушного бассейна и в изменении природных условий. Постоянно выделяющиеся загрязняющие вещества рассредотачиваются воздушными потоками на большие расстояния.

В данной работе приводятся результаты исследований состояния приземной атмосферы, гидросферы, почв и почвообразующих пород в зоне влияния компрессорной станции "Острогожск", расположенной в Воронежской области. Эти исследования можно рассматривать как элемент для комплексной экологической оценки влияния объектов транспорта газа на состояние окружающей среды. Детально изучены источники загрязнения . их количественный и качественный состав, процессы распространения загрязняющих веществ.

Основной целью работы является экологическая оценка окружающей среды в зоне воздействия объектов транспорта газа на примере компрессорной станции "Острогожск" Острогожского линейного производственного управления магистральных газопроводов. В процессе данной работы решались следующие задачи:

- анализ источников и размеров техногенной нагрузки на окружающую среду (атмосферу, гидросферу и почвенный покров) со стороны линейных компрессорных •станций;

- выявление закономерностей миграции и аккумуляции загрязняющих веществ в атмосферной, водной и почвенных средах, связанных с транспортировкой газа;

- изучение трансформации загрязняющих веществ во всех компонентах окружающей среды;

- экологический анализ влияния объектов транспорта газа на окружающую

среду.

Фактический материал собран в ходе полевых работ на территории промышленной площадки компрессорной станции "Острогожск" в 1993-1997 гг. Широко применялись литературные и фондовые источники Острогожского линейного производственного управления магистральных газопроводов, Мострансгаза, Всероссийского научно-исследовательского института природных газов и газовых технологий (ВНИИГаза).

Научная новизна. Впервые проведены исследования качества приземного воздуха, вод, почв и почвогрунтов на конкретной компрессорной станции и дана комплексная оценка ее отрицательного воздействия на атмосферу, гидросферу и почвенный покров. Выявлены закономерности миграции , накопления и трансформации в них основных загрязняющих веществ и элементов, источниками которых является оборудование основного производства и вспомогательных служб станции.

Практическая значимость. Комплексная оценка зоны влияния компрессорной станции на основе анализа техногенной нагрузки, изучения качества и количества загрязняющих веществ дает возможность определить районы с различными экологическими ситуациями и дать рекомендации по оздоровлению окружающей среды. Был собран и систематизирован литературный материал , характеризующий влияние компрессорных станций и аналогичных им объектов газовой отрасли на все компоненты природной среды.

Публикации. По материалам работы опубликовано 3 статьи.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, практических рекомендаций, списка литературы из 218 наименований, в том числе 42 - иностранных авторов. Общий объем работы - 230 страниц, в том числе 155 страниц основного текста, 31 рисунков, 25 таблиц, 20 страниц библиографии.

Большую помощь в сборе и подготовке диссертационного материала оказали сотрудники Острогожского линейного производственного управления магистральных газопропроводов (ОЛПУ МГ).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объекты исследований. Компрессорная станция "Острогожск" (Воронежская область) входит в состав Острогожского управления магистральных газопроводов для транспорта природного газа по газопроводам Елец-Серпухов, Северный Кавказ-Центр. Данный объект принадлежит к линейным компрессорным станциям и предназначен для транспорта газа и компенсации потерь его давления в трубопроводе.

На станцию газ поступает преимущественно с Уренгойского месторождения. Основная составляющая часть этого природного газа - метан (97,95 % по объему). Ему сопутствуют в незначительных количествах (% по объему): этан - 0,53, пропан -0,24, изо- и н-бутан - 0,05 и 0,06, азот - 1,13, а также изо- и н-пентан и диоксид углерода. Уренгойский газ одорирован. В качестве одоранта используется смесь природных меркаптанов (СПМ) с содержанием серы 0,011 г/м3.

Природный газ транспортируется по трубопроводам сжатым с максимальным допустимым давлением 7,5 МПа. При его транспортировке наблюдаются потери давления на гидравлическое сопротивление, в результате чего перед поступлением на компрессорную станцию давление газа составляет 3-4 МПа. Поступая на станцию, он компремируется и распределяется потоками согласно режима диспетчерской службы потребителям.

Почти все цеха и службы расположены рядом друг с другом, за исключением компрессорного цеха 4, являющегося одним из основных источников загрязнения окружающей среды, и резервной котельной. Они находятся на расстоянии 250-300 м от основной территории станции. Учитывая высокую взрывопожароопасность природного газа, на компрессорной станции установлена аварийно-предупредительная сигнализация (по загазованности и пожарная), предусмотрен ряд мероприятий на случай аварийных ситуаций (дистанционное отключение компрессорной станции от газопровода, сброс природного газа на обвязки станции (или цеха) через специальные свечи).

При поступлении на станцию газ вначале проходит блок очистки от влаги и механических примесей (сепараторы, пылеуловители), а затем передается непосредственно в компрессорные цеха 3 и 4, где происходит его компремирование. В связи со снижением объемов перекачиваемого газа в работе находится только цех 4. Период эксплуатации цеха 3 состоит из опробования каждого агрегата. Цеха оборудованы газотурбинными газоперекачивающими агрегатами ГТ-750-6. Цех 3 оснащен

тремя такими аппаратами, а цех 4 - десятью. При их работе образуются продукты сгорания газа.

В процессе компремирования температура природного газа значительно увеличивается и транспортировка газа в таком состоянии невозможна. Поэтому перед дальнейшей транспортировкой его охлаждают, используя для этого аппараты воздушного охлаждения.

На компрессорной станции имеются две котельных, одна из которых - резервная и в настоящее время не эксплуатируется. Котельная оборудована двумя котлами "Универсал-бМ" и одним "КСВ", работающими на природном газе. Резервная котельная оборудована двумя котлами типа ВК-21.

Методы исследования. С целью комплексного учета различных источников антропогенного воздействия на окружающую среду и отклика последней был применен метод системного анализа. Для этого, кроме результатов собственных исследований, использовались данные фондовых источников Острогожской компрессорной станции , Мострансгаза и отраслевых институтов ВНИИГаз и Промгаз.

Построение модели рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе проведено с помощью метода математического моделирования. Расчет производился по программе УПРЗА Эколог-1,21, разработанной фирмой "Интеграл" (Санкт-Петербург) по методике ОНД-86 и согласованной ГГО им. А.Е.Воейкова. При этом учитывались климат (средние температуры жаркого и холодного месяцев, коэффициент стратификации атмосферы, максимальная скорость и преобладающие направления ветров), характеристики источников выбросов (высота, диаметр) и газовоздушной смеси( объем, скорость, температура).

Измерения состава атмосферного воздуха, водной среды, почвенного покрова и связанных с функционированием компрессорной станции выбросов осуществлены инструментальными методами.

При исследовании атмосферного воздуха использовались данные фонового уровня и метеорологических характеристик, предоставленные Лабораторией мониторинга природной среды Воронежского ЦГМ. Для 190 точек проведены прямые замеры воздуха с помощью аппаратуры научной лаборатории. Замеры выбросов производились с помощью переносных газоанализаторов типа 1М11-2800Р (ФРГ). Указанные газоанализаторы имеют сертификат соответствия Российским государственным стандартам, зарегистрированы в государственном реестре средств измерения и допущены к применению Госстандартом СССР (1991). Измерение выбросов проводилось в соответствии с инструкциями, разработанными ВНИИГазом и утвержденными РАО "Газпром" в качестве руководящего документа. Параметры, необходи-

мые для расчетов, определялись по штатным приборам. Атмосферное давление измерялось поверенным барометром, а концентрации кислорода, оксидов азота и углерода в точке отбора проб газоанализатором 1МЯ-2Ш)Р.

Для поддержания качества питьевой воды на должном уровне на станции регулярно (1 раз в месяц) проводится анализ артезианской воды. Пробы сточных вод отбирались до и после предварительной очистки. Время их хранения при температуре 3-4 "С составляет 1 сутки. Иногда, в зависимости от показателей ХПК, перманга-натной окисляемости и содержания общего азота, необходимо концентрирование проб.

Непосредственно после отбора проб определялись запах, цвет, прозрачность, температура, взвешенные вещества, сухой остаток, ХПК, БПК, а после двухчасового отстаивания - цвет, прозрачность, рН, общий азот, хлорйды, фосфаты. Анализ на присутствие в воде сульфатов производился после фильтрования воды.

Санитарно-бактериологические исследования проводились в соответствии с ГОСТ 2874-82, ГОСТ 18963-73.

На территории станции отобраны образцы почвогрунтов по горизонтам и слоям. Подвижные формы определены с применением щелочных и буферных вытяжек. С помощью кислотных вытяжек (1н НС1, 0,1н НгЭОа) выявляют общий потенциальный запас доступных форм элементов. Этими вытяжками извлекают обмеНно-поглощенные, водорастворимые формы и элементы, связанные с аморфными ¡1 некристаллическими соединениями. Распространена вытяжка ацетатно-аммонийным раствором по Крупскому-Александровой (1967,1975). Для извлечения обменно-поглощенных, водорастворимых форм металлов и элементов, связанных с органическим веществом, были применены ацетатно-аммонийные растворы с рН = 4,5 (ААБ-4,5) и рН-4,5 с добавлением ЭДТА (ААБ-ЭДТА) при соотношении почва : раствор = 1 : 5 (Соловьев и др., 1990).

Глава 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТЕРРИТОРИИ

Острогожская компрессорная станция находится в Центрально-Черноземной области России в 2 км восточнее города Острогожска, на восточных склонах Среднерусской возвышенности Восточно-Европейской равнины. Географические координаты - 51° с.ш. , 39° в.д.. К основным формам рельефа, определяющим характер поверхности в данной местности, относятся речные долины с террасами, ложбины, хорошо развитые овражно-балочные системы. На водоразделах встречаются плоские

западины, а на склонах - оползни. Абсолютная высота в пойме р. Тихая Сосна - 84 м, на водоразделе -214м. Амплитуда колебания высот достигает 130 м .

Четвертичные отложения , прикрывающие почти сплошь все более древние породы, являются наиболее распространенными. Они имеют особо важное значение в генезисе современных почв, их,географии и топографии и представлены в основном покровными и лессовидными суглинками, делювиальными и аллювиальными отложениями, реже флювиогляциальными песками и супесями.

Климат исследуемой территории умеренно континентальный с жарким сухим летом, умеренно холодной зимой с устойчивым снежным покровом и хорошо выраженными переходными сезонами. Среднегодовая температура равна 7 °С , наиболее жаркого месяца (июля) + 20,4 °С, января - 8,6 °С. Годовая сумма осадков составляет 500 мм.

Общий характер циркуляционных процессов обусловлен главным образом антициклонической деятельностью. Зимой здесь преобладают пасмурные дни, повторяемость которых составляет 74-78%. В теплый период года увеличение солнечной радиации способствует прогреванию континентального воздуха и его высушиванию в процессе трансформации, поэтому облачность в это время меньше. Из неблагоприятных явлений следует отметить туманы (39 дней в году), метели и поземки (35 дней в году), гололед и изморозь (49 дней в году), грозы (44 дня в году), сильные ветры (со скоростью >15 м/сек - 2 дня в году).

Почвенный покров территории станции и ее окрестностей представлен почвами - естественными ненарушенными, естественно-антропогенными, поверхностно-преобразованными, антропогенными глубокопреобразованными и техногенными поверхностными в виде почвоподобных образований. На междуречьях доминируют черноземы типичные, а под пологом дубрав в междуречье Потудани и Тихой Сосны -серые лесные почвы. В Острогожском лесу почвенный покров состоит из выщелоченных черноземов и темно-серых Лесных почв. На песчаных террасах речных долин развиты преимущественно черноземовидные и желто-бурые связнопесчаные почвы, а на супесчано-суглинистых - лугово-черноземные и выщелоченные черноземы. В поймах рек распространены пойменные аллювиальные дерновые и пойменные аллювиальные дерново-слоистые, луговые почвы . В притеррасной части пойм сформированы аллювиальные болотные, в основном иловато-перегнойно-глеевые и иловато-торфяные почвы.

В пределах станции и в ее окрестностях преобладают черноземы типичные, преимущественно распаханные. Целинные же черноземы типичные встречаются ред-

ко и лишь на небольших участках под разнотравно-злаковой растительностью на лессовидных суглинках.

Преобладает культурная растительность. На лесные массивы в районе приходится 6.4 %. По меловым склонам р. Тихая Сосна наблюдаются своеобразные группировки реликтовых растений - тимьянники, среди которых доминируют чабрец или тимьян меловой и иссоп меловой. Им сопутствуют норичник меловой, смолевка меловая, льнянка меловая, лен крымский.

Животный мир рассматриваемой территории сравнительно небогат. В видовом составе преобладают представители открытых пространств: заяц-русак, суслик крапчатый, степной хорек, мышевидные грызуны. Лесные виды характерны для более облесенной части района - междуречье Потудани-Тихой Сосны. Здесь обитают олень настоящий, кабан, барсук, енотовидная собака, лесной хорек, норка, лисица.

Глава 3. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРЫ

При эксплуатации газотранспортных объектов следует выделить два основных источника загрязнений - линейная часть газопровода и компрессорные станции.

Источниками загрязнения приземной атмосферы являются участки с основным технологическим оборудованием - компрессорные цеха и участки вспомогательных служб: котельные, автотранспортное хозяйство, склад горюче-смазочных материалов ( автозаправочная станция ), сварочный пост, участок металлообработки, склад метанола и блок очистки газа , участок деревообработки, печь для дожига технологических жидкостей.

Значительная часть загрязняющих атмосферу веществ на компрессорных станциях выделяется при работе газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и составляет 98%, а остальные 2% - продукты сжигания газа при работе котельных и электростанций. Большое (до 2200 м3 газа) количество газа выбрасывается в атмосферу через «свечу» при остановках и пусках газоперекачивающих агрегатов. Кроме этого, потери газа на компрессорных станциях (до 10 тыс. м3 в летний период) происходят при продувках пылеуловителей.

Компрессорные станции поставляют в атмосферу большое количество оксидов азота и углерода, которые поступают от топливоиспользующего оборудования. При содержании в газе соединений серы в состав выбросов входят сероводород и диоксид серы (табл. 1). В связи с наличием большого парка автомашин, работающих на этилированном бензине и дизельном топливе, ремонтных мастерских и автозапра-

вочной станции определено содержание в атмосфере углеводородов бензина, сажи, свинеца и его соединений.

Выяснено, что выделение диоксида кремния, оксидов марганца, оксида железа, фторидов и фтористого водорода находится в зависимости от сварочных работ, металлической пыли - от работы участков металлообработки, древесной пыли - от работы участков деревообработки, паров метанола - от способа его хранения.

Также следует отметить практическое отсутствие неорганизованных источников выбросов запорной арматуры (пневмокраны), так как необходимым условием безопасной работы компрессорной станции является проверка на загазованность атмосферы производственных помещений (не реже 1 раза в смену), воздуха колодцев и других сооружений, переносными газоанализаторами во взрывозащищен-ном исполнении.

Таблица 1

Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу Острогожской компрессорной станцией

Наименование вещества Используемый критерий Значение критерия, мг/м3 Класс опасности Выброс вещества, т/год

Свинец й его неорганические соединения ПДКм.р.' 0,001000 I 0,0003

Марганец и его соединения ПДКм.р. 0,010000 II 0,00038

Диоксид азота ПДКм.р. 0,085000 II 148,9000

Фториды газообразные ПДКм.р. 0,02000 II 0,00031

Оксид железа ПДКм.р. 0,040000 III 0.0048

Оксид азота ПДКм.р. 0.400000 III 147,6720

Сажа ПДКм.р. 0,150000 III 0,0043

Диоксид серы ПДКм.р. 0,500000 III 0,1610

Метанол ПДКм.р. 1,000000 III 0,0200

Оксид углерода ПДКм.р. 5,000000 IV 455,7370

Бензин нефтяной ПДКм.р. ,5,000000 ; IV 0,2620

Диоксид кремния ОБУВ2 0,020000 0 0,00008

Метан ОБУВ 50.000000 0 378,4240

Одорант СПМ ОБУВ 0,000050 0 0,0123

Пыль абразивная ОБУВ 0.040000 0 0,1520

Пыль древесная ОБУВ 0,100000 0 0,3000

Всего в атмосферу поступает от 132 стационарных источников выбросов 1131,650 т/год загрязняющих веществ. Из этого количества наибольшая доля прихо-

1 ПДКм.р. - максимально разовая предельно допустимая концентраты

2 ОБУВ - ориентировочно безопасный уровень воздействия

дится на метан - 378,424 т/год или 1567,000 г/сек, диоксид азота -167,276 т/год или 5,81637 г/сек, монооксид азота - 129,298 т/год или 5,308 г/сек, монооксид углерода -455,737 т/год или 18,5155 г/сек. От организованных источников в атмосферу поступает 956,94145 т/год загрязнителей, а от неорганизованных (стоянки автотранспорта, АЗС, склада метанола, пневмокранов) - 174,7086 т/год загрязняющих веществ. Установлено, что наибольшее количество вредных соединений дают компрессорные цеха 3 - 37,326953 т/год (3,3%) и 4 - 1079,6076 т/год (95,4%).

В общей массе выбросов (1131,650 т/год) содержится около 20 веществ разных классов опасности (табл. 1). Особо токсичные и токсичные вещества (I и II классов опасности) составляют 167,27698 т/год или 14,8 % (без учета NO) от общей массы всех выбросов. Из особо опасных веществ в выбросах встречаются свинец и его соединения, а из токсичных - диоксид азота, оксиды марганца, фтористый водород. Эти вещества поступают в приземную воздушную среду в основном от следующих источников: котельных, сварочного участка, автотранспортного хозяйства. Довольно* опасны и вещества III класса токсичности (0,3173 т/год или 0,03%), в особенности диоксид серы, металлическая пыль, сажа. К этому же классу относятся диоксид кремния и метанол. В приземной атмосфере определены и соединения IV класса опасности - 834,428 т/год (73,7%). К ним относятся оксид углерода, метан, бензин, оксид железа.

Для определения степени загрязненности атмосферы вблизи компрессорной станции произведены расчеты рассеивания основных загрязняющих веществ с помощью программы "Эколог-1,21". Расчет произведен на IBM 486.,

Произведенный анализ схем рассеивания показывает, что по таким контролируемым показателям для воздуха, как концентрация метана, диоксида азота, сумма-ции по диоксиду азота и диоксиду серы, метанола, древесной пыли у источников наблюдается превышение значения ПДК в 1,2-1,8 раза. Содержание же оксида углерода, бензина и одоранта СПМ составляет 0,6-0,8 ПДК. С удалением от эпицентра выброса значения концентраций уменьшаются экспоненциально до достижения минимума или фонового значения. Таким образом, на расстоянии 1000 м от источников выброса максимальные приземные концентрации загрязняющих веществ постоянных выбросов компрессорной станции составляют : по диоксиду азота (и группе сумма-ции NO2 + S02) - 0,38 ПДК, по метану - 0,65 ПДК, по абразивной пыли - 0,18 ПДК, а остальные -на' уровне фона. Отмечено влияние на характер изолиний рассеивания расположния источников выбросов по территории компрессорной станции, преобладающего направления ветра и подвижности молекул данного загрязняющего вещества.

Атмосферные выбросы - основной путь поступления загрязняющих веществ в окружающую среду. Попадая в атмосферу, загрязняющие вещества подхватываются воздушным потоком, переносятся на большие расстояния, участвуют в различных физических процессах и химических трансформациях. Весь процесс взаимодействия загрязнителей с окружающей средой можно разбить на ряд основных этапов:

1) выделение из источника и их начальное разбавление во время подъема в слой воздуха;

2) разбавление за счет турбулентной диффузии при переносе в районе распространения источника;

3) дальний перенос от источника в массе воздуха и разбавление воздушной массы за счет процессов турбулентной диффузии и эффектов ветрового сдвига между слоями воздуха, содержащими загрязнения;

4) реакции в атмосфере, приводящие к образованию вторичного загрязнения и увеличению концентрации загрязняющих веществ в атмосфере;

5) процессы выведения загрязнения из атмосферы, приводящие к ускорению образования осадков, химические реакции в облачных каплях и поступление загрязняющих веществ на поверхность Земли;

6) сухое выпадение, химические трансформации во время их переноса к поверхности Земли.

В связи с вышесказанным, нами были рассмотрены одна из моделей переноса загрязняющих веществ, процессы образования загрязняющих веществ при горении топлива, образования и трансформации аэрозольных частиц, конверсия основных загрязняющих веществ - метана, метанола, диоксида серы, оксидов азота и углерода.

Глава 4. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ГИДРОСФЕРЫ

Промстоки в системе сбора компрессорной станции складываются из поступлений от :

- продувки (1-2 раза в сутки) пылеуловителей (основное количество промотхо-

дов);

- периодической (1-2 раза в год) очистки газопровода;

- промывки аппаратов, емкостей.

Стокообразование на компрессорной станции идет неравномерно, за счет пе-ременого расхода и, соответственно, отведения сточных вод, что связано с периодичностью проведения технологических операций.

В необработанных сточных водах содержится пять основных загрязняющих компонентов:

- бактерии, паразиты и , возможно вирусы, поражающие людей и животных:

- растворенные органические и взвешенные компоненты, имеющие в водной среде высокую биохимическую потребность в кислороде;

- твердые частицы ( органические и неорганические), осаждающиеся на дно и при биохимическом распаде поглощающие кислород;

- плавающие частицы (органические и неорганические), удерживающиеся на поверхности воды в виде отдельных кусочков или суспензии;

- питательные вещества в высокой концентрации (в основном фосфорные и азотные соединения).

Основным источником водоснабжения Острогожской компрессорной станции являются три артезианских колодца, расположенных на ее территории. Использование артезианских скважин обусловлено спецификой компрессорной станции: удалением от населенного пункта (расстояние до города составляет 3 км) и отсутствием компрессоров водного охлаждения (на станции установлены аппараты воздушного охлаждения).

По плану 1996 года лимит забора воды составлял 56,35 тыс. м'/год. Реально было использовано воды 56,10 тыс.м'/год. Отбираемая вода, качество которой пред-•ставлено в табл. 2, идет в основном на хозяйственно-питьевые нужды - прачечная, столовая и т.д.

В ходе технологических процессов вода загрязняется различными органическими и неорганическими веществами, наличие которых предопределяет метод очистки сточных вод. Все сточные воды собираются в одну трубу и через канализационный колодец пропускаются через простейшие фильтры предварительной очистки, при этом их качество редко соответствуют нормативам сброса. Далее они попадают на поля подземной фильтрации (размером 10 х 50 м и пропускной способностью 60 м'/сут.). Фактически в описанных выше очистных сооружениях протекают процессы предварительного отстаивания, фильтрации и коагуляции вредных примесей. Это подтверждается тем, что концентрация нефтепродуктов, например, снижается в ряде случаев более чем в 20 раз (табл. 3).

Кроме этого, находящиеся в сточных водах органические и неорганические соединения при рН = 6,5-7,0 подвержены различным химическим трансформациям, что зачастую приводит к образованию нежелателных суммаций, воздействие которых на биоту может быть более сильным, чем индивидуальных соединений.

Таблица 2

Качество воды, потребляемой Острогожской компрессорной станцией

Характеристика Скважина 1 Скважина 2 Скважина 3 ГОСТ Норматив

1 2 3 4 5 6

Запах, 20 бал. 0 0 0 3351-74 2

Запах, 60 бал. 0 0 0 3351-74 2

Цветность, град. 10» 10° 100 3351-74 20

Привкус, бал. 0 0 0 3351-74 2

Мутность мг/л 3,9 <0,5 <0,5 3351-74 1,5

РН 6,4 6,9 6,8 6,5-8,5

Кальций, мг/л 66,2 105.2 102,8 3688-47

Магний, мг/л 13,4 21,3 20,3 3820-47

Окисляемость, мг/л 0,8 0,7 0,7 18301-72 2

Аммоний, мг/л 0,49 0,49 0,45 4192-82 2,0

Нитриты, мг/л 0,011 < 0,003 <0,003 — » — 0,3

Нитраты, мг/л 11,0 7,3 9,7 18826-73 45,0

Общая жесткость, мг-экв/л 4,4 7,0 6,8 4151-72 7,0

Сухой остаток, мг/л 433,0 378,0 376,0 18164-72 1000

Хлориды, мг/л 41,0 22,0 12,5 4245-72 350

Сульфаты , мг/л 16,8 16,8 19,2 4380-72 500

Железо, мг/л 0,43 0,19 0,07 4011-72 0,3

Калий + натрий, мг/л 84,6 8,5 11,7 4974-72

Фтор, мг/л 0,37 0,34 0,4 07,-1,5

СПАВ, мг/л не обнаружен не обнаружен не обнаружен < 0,5

В связи с тем , что анализ сточных вод на компрессорной станции обычно не производится, был подробно изучен химический состав исходных (артезианских) и сточных вод до и после предварительной очистки. Он представлен комплексом растворенных неорганических и органических соединений, а также нерастворимыми веществами, находящимися во взвешенном состояниию. Результаты анализов артезианских вод (табл. 2) показывают, что несмотря на различие данных по скважинам, в целом содержание примесей в водах удовлетворяет установленным нормам. При анализе же сточных вод (тапб. 3) обнаружено значительное превышение ПДК, особенно по таким показателям как сухой остаток, взвешенные вещества и содержание хлоридов. В сточных водах присутствуют фосфаты , растворенные нефтепродукты и СПАВ, не отмеченные в исходных водах. Их появление связано в первую очередь с использованием воды для хозяйственно-бытовых нужд и в автотранспортном хозяйстве.

Предварительная очистка сточных вод заметно улучшает контролируемые по-

Таблица .1

Результаты аналиш сточных вод до очистных сооружений (I). после очистных сооружений перед сбросом на поля фильтрации (II) и после доочистки в лабораторной модели биологических прудов (III)

N Характеристика ГОСТ Норма I II III

1 Взвешенные вещества, мг/л 18164-72 5-20 250,7 19 57

2 Сухой остаток, мг/л 18164-72 < 1000 3168,3 231,0 207,6

3 Азот аммонийных солей, мг/л 4192-82 < 3,0 17,8 1,9 1,22

4 Азот нитратов,мг/л 18826-73 <45,0 13,8 10,3 8,5

5 Азот нитритов, мг/л 4192-82 < 0,3 0,37 0,14 0,1

6 ВПК5, мг/л < 3,0 73,0 20,8 7,29

7 РН 6,5-8.5 7,11 7,02. 7,33

8 Хлориды, мг/л 4245-72 < 350 1009,3 128,5 40,7

9 СПАВ, мг/л <0,5 42,7 18,4 0.9

10 Фосфаты, мг/л 18308-72 < 3,5 6,55 2,8 0,82

11 Сульфаты, мг/л 4389-72 < 500 528,0 5,3 65,8

12 Нефтепродукты, мг/л ОСМА <0,1 2,06 0,1 0,04

13 Метанол, мг/л < 3,0 н/о н/о н/о

14 Сульфиды, мг/л 4192-82 <0,3 0,21 - 0,18 0,15

15 Коли-индекс < 3,0 0,95 0,6 0,4

16 Коли-титр 100-200 1836 1636 200

17 Обшее микробное число, х 103 100 1,35 1.2 0,093

18 Жесткость, мг-экв/л 4151-72 7,0 7,1 5,3 2,3

казатели. Так как фильтры работают в основном в режиме механической фильтрации, то содержание взвешенных веществ и сухого остатка заметно уменьшается.

Содержание в сточной воде нефтепродуктов характеризуется значительным превышением (на порядок) норм, что связано с наличием на компрессорной станции большого парка автотранспорта. Устранить в полной мере нефтепродукты имеющимися очистными сооружениями не удается, поэтому в пробах сточных вод, взятых после предварительной очистки, наблюдаются их повышенные количества.

Еще большее превышение норм отмечается для СПАВ, поступающих вместе с хозяйственно-бытовыми сточными водами. Именно наличие СПАВ и предопределяет высокое значение БПК5. Снизить этот показатель фильтрами предварительной очистки также не удается.

В связи с вышесказанным сточные воды после фильтров предварительной очистки направляют на поля фильтрации, где они проходят доочистку. Рекомендуемый метод очистки сточных вод приведен ниже.

Глава 5. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВОГРУНТОВ

Практически на всех объектах газовой промышленности наблюдается механические нарушения почв. Они связаны со строительными (прокладка трубопроводов, строительство промышленных корпусов, жилых поселков и коммуникаций) и ре-культивационными (снятие плодородного слоя, засыпка траншей) работами. Масштабы нарушений зависят от размера и назначения возводимых сооружений, от ранимости природной среды. Результатом является изменение физических, химических и биологических свойств почв и развитие процессов - водной и ветровой эрозии, заболачивания, уплотнения, загрязнения земель. Происходит фрагментное или полное уничтожение гумусово-аккумулятивного горизонта, перемешивание материала разных горизонтов, внедрение подстилающих пород с неблагоприятными физическими свойствами и низким потенциальным плодородием.

Кроме механических нарушений почвенного покрова существует еще химическое загрязнение почв жидкими и газообразными поллютантами, к которым относятся углеводороды и химреагенты, а также природный газ и продукты его сгорания. Для предприятий транспорта газа выявлены основные причины химического загрязнения. Они представляют собой разливы углеводородного конденсата, ингибиторов коррозии и гидратирования во время продувок газопроводов, разливы турбинного топлива, метанола, органических кислот, ПАВ.

Почвы существенно отличаются по податливости к химическому загрязнению. Аккумуляции поступающих в почвы химических соединений в большинстве случаев способствует тяжелый гранулометрический состав, высокое содержание гумуса и карбонатов, близкие к нейтральным значения рН, высокие емкости катионного обмена, склонность к хемосорбции анионов.

Загрязняющие вещества объединены в две группы. Первая из них - педохими-ческие активные вещества, способные повлиять на кислотно-основные или окислительно-восстановительные условия в почвах. К ним относятся минеральные кислоты, щелочи, карбонаты, сероводород, метан. Вторая группа - биохимически активные вещества, действующие непосредственно на живые организмы. Это - токсичные микроэлементы, пестициды, углеводороды и др.

Воздействие биохимически активных веществ на организмы зависит от их доступности растениям, подвижности в почвах. Относительная опасность аккумуляции , а, следовательно, и загрязнения почв биохимически активными элементами нарастает при утяжелении гранулометрического состава и снижении коэффициента увлажнения. Опасность загрязнения почв слабоподвижными формами соединений

биохимически акииших чдеиенюв увеличнвае1ся при высоком содержании I умуса и высокой сорбппонной способности.

Ми] рання веществ в почвах отличается гем. чго она осушест в чяется иипним образом вслелс! вне диффузии или массопереноса в пористой среде. В естественных условиях вода фильтруется через нее в результате выпадения дождей или искусственного орошения. Находящиеся в почвах вещества перемещаются с водой и вследствие этого распределяются по их профилю.

Сухие почвы обладают способностью адсорбировать различные газы и пары. Наиболее интенсивно происходит адсорбция молекул воды. В меньшей степени адсорбируются углекислый газ, кислород и азот. Адсорбция воды, углекислого газа и кислорода может сопровождаться химическим взаимодействием с компонентами твердых фаз почв (хемосорбция). Из растворов почвы адсорбируют нейтральные молекулы органических соединений и гумусовые вещества.

Установлен уровень загрязнения исследуемой территории метанолом, нефтепродуктами и тяжелыми металлами. Из последних отмечается превышение фоновых значений для свинца, цинка и меди.

Рассмотрена трансформация в почвах основных загрязняющих веществ -мтеана. метанола, соединений азота и серы, меди, свинца, железа, марганца и нефтяных углеводородов.

Глава 6. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

В связи с тем, что работа компрессорной станции связана с выделением значительного количества газообразных веществ, она оказывает большее влияние на атмосферу по сравнению с воздействием на гидросферу и почву. Учитывая это, нами для снижения техногенного воздействия объекта предлагается ряд мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, которые представлены на рис. I. Перевод газоперекачивающих агрегатов на воздушный пуск, например, позволяет уменьшить потери газа на 1,5-2,0%.

Одним из методов уменьшения потерь газа является утилизация вторичных энергоресурсов (ВЭР), которые используются для теплоснабжения самой компрессорной станции и внешних потребителей: жилых поселков и теплично-овощных комбинатов. Тепло выхлопных газов газоперекачивающих аппаратов может применяться для подогрева воды или генерации пара, а уходящие газы газотурбинных установок - для углекислотной подкормки растений, что существенно повышает их урожайность. В этом случае содержание вредных веществ снижают методом катали-

Рис. 1. Основные мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при работе Острогожской компрессорной станции

тического восстановления газами-восстановителями. Возможно использование вторичных энергоресурсов компрессорной станции для подогрева воды в бассейнах и прудах рыбоводных хозяйств.

Для достижения максимального очищения сточных вод разрабатываются новые, прогрессивные технологии очистки й доочистки сточных вод. Среди них физико-химические и биологические методы, а также анаэробная очистка сточных вод. Перспективными направлениями являются озонирование, обратный осмос, фильтрование через ионнообменные смолы и полимерные сорбенты.

Организация крупных очистных сооружений на данной компрессорной станции нецелесообразна, как с экономической, так и с экологической точек зрения, поэтому нами предлагаются малые очистные сооружения мощностью до 50 м'/час, способные очищать комбинированные сточные воды, то есть смесь хоз-фекальных и производственных стоков.

В связи с этим данная работа направлена на изучение, разработку и внедрение наиболее эффективной схемы доочистки бытовых и производственных сточных вод в бассейнах стабилизации с высшей водной растительностью, которая позволит использовать очищенную воду в системе оборотного водоснабжения, что сократит забор природной воды на технические нужды и снизит сброс в гидросферу загрязненных стоков предприятий.

Наиболее рациональными способами доочистки сточных вод являются биологические способы, основанные на практически неограниченных возможностях микроорганизмов, водорослей, высших водных растений в трансформации загрязнений различной химической природы. Весьма существенно также, что биологическая очистка осуществляется при минимальных затратах энергии на массовую единицу удаляемых веществ. На основании проведенных экспериментов из большой массы высших водных растений в качестве лучшего биологического сорбента нами выбран рдест пронзеннолистный.

Биологические методы позволяют подвергнуть окислению органические соединения алифатического ряда, амиловый, этиловый и метиловый спирты, ацетон, гликоли, глицерин, анилин и многие другие вещества. При длительной адаптации можно добиться распада даже таких устойчивых соединений, как толуол, ксилол, углеводороды, нефть и другие.

Одним из перспективных биологических методов является способ очистки хозяйственно-фекальных сточных вод в биологических прудах. На рис. 2 приводится предлагаемая схема по очистке сточных вод на очистных сооружениях Острогожской компрессорной станции с последующей глубокой доочисткой стоков в биологических прудах с высшей водной растительностью. Доочищенные в биологических прудах промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды менее опасны для водоемов, а также могут использоваться в оборотном промышленном водоснабжении и других целей. Специфической особенностью биологических прудов является то, что вскоре после их заполнения начинается массовое развитие планктой-ных водорослей, которые значительно интенсифицируют процесс очистки сточных вод в биологических прудах. Поэтому для доочистки сточных вод в био./гЬгические пруды часто вносят различные культуры протоковых водорослей.

Наряду с очисткой отработанных сточных вод от загрязнения органического происхождения часто необходимо извлечь из них различные солевые компоненты (ионы тяжелых и легких металлов, хлориды, азот, фосфор и т.д.). Биологические пруды, засеянные макрофитами высшей водной растительностью - один из наиболее перспективных способов деминерализации промышленных сточных вод. Способ

глубокой очистки сточных вод. основанный на их контактировании с высшей водной растительностью, называется биогидроботаническим. В его основу положены биохимические процессы окисления, фильтрования, поглощения, накопления органичес-

а - производственные сточные воды б - хозяйственно-бытовые сточные воды

1 - сборник сточных вод

2 - насосная станция

3 - фильтр предварительной очистки

4 - песколовка

5 - симбиотенк

6 - вторичный отстойник

7 - насосная станция

8 - распределительная емкость

9, 10 - биологические пруды с высшей водной растительностью

Рис.2 Предлагаемая процессуальная схема по очистке сточных вод на очистных сооружениях Острогожской компрессорной станции с последующей глубокой доочисткой стоков в биологических прудах с высшей водной растительностью

ких и неорганических веществ, минерализации, детоксикации, адсорбции, хемосорб-ции и других . Высокий очистительный эффект достигается там, где вода протекает через сообщество последовательно расположенных растений: полупогруженные -плавающие - погруженные в воду. Высшие водные растения служат своеобразным барьером для поступающих в водоем рассеянных загрязнений регулируют качество воды не только благодаря фильтрационным свойствам, но и способности поглощать из воды биогенные элементы

Высшие водные растения обладают важным свойством - детоксикацией различных вредных веществ, сбрасываемых в водоем. Они поглощают различного рода пестициды - ДДТ, севин, атразин и другие, которые поглощаясь растениями, инак-тивируются, проходя разнообразные химические превращения, а затем вместе с наземной массой могут быть выделены из водоемов.

Биомасса высших водных растений может быть использована как дополнительный источник получения кормов в животноводстве, птицеводстве и рыбоводстве, что связано с тем, что при очищении стоков компрессорных станций в воде практически отсутствуют бластогены и токсиканты.

Можно с уверенностью сказать, что:

1. Биогидроботанический метод можно использовать для доочистки стоков Острогожской компрессорной станции и других объектов транспорта газа, находящихся в различных географических и климатических регионах страны.

2. Воду после доочистки в биопрудах с высшими водными растениями можно использовать в системах оборотного водоснабжения предприятия и для различных технических целей (результаты в табл. 3)

Мероприятия по защите почв направлены на предотвращение или уменьшение негативных последствий механического воздействия и химического загрязнения. Комплекс защитных мер по охране земельных ресурсов при эксплуатации включает:

1) снижение до минимума числа и размеров промышленных площадок, дорожных путей;

2) локализация отходов производства;

3) сокращение отходов производства;

4) сбор и вывоз для последующей утилизации и обезвреживания продуктов очистки трубопровода ;

5) применение при продувке пылеуловителей установки очистки газа от шлама;

6) сооружение бетонных стенок вокруг резервных парков и бетонирование площадок на складах горюче-смазочных материалов и метанола, предотвращающих растекание последних по почве.

Предусматривается также рекультивация нарушенных почв, которая обычно проводится в два этапа. Первый (технический) должен начинаться до начала строительных работ. Его основная цель - сохранение изымаемого плодородного и потенциально плодородного слоев почвы для ее дальнейшего рационального использования. Второй (биологический) этап характеризуется проведением агромелиоративных мероприятий, которые должны восстанавливать плодородие почв. Их содержание зависит от районов, где они проводятся, и от физических и химических свойств поверхностных почвенных горизонтов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В данной работе предложен методологический подход к решению вопроса экологической оценки влияния объектов транспорта газа, на примере компрессорной станции, на окружающую природную среду, а также методы устраняющие или снижающие их техногенное влияние. Они состоят из :

а) анализа природной среды, характерной для места расположения объекта, и ее устойчивости к разным антропогенным воздействиям;

б) анализа техногенного воздействия и степени поражения среды по сравнению с фоновыми показателями;

в) описания технологического и вспомогательного производства компрессорной станции, характеристики процессов и оборудования, источников выбросов загрязняющих веществ, сточных вод и других негативных воздействий,;

г) анализа основных загрязняющих веществ, их влияния на человека и окружающую среду, их поведения с учетом климатических, геохимических и других природных и антропогенных факторов;

д) анализа рассеяния загрязняющих веществ в окружающей среде в результате эксплуатации компрессорной станции;

е) принятия решения по совершенствованию технологических процессов для снижения вредных выбросов и их отрицательного воздействия;

ж) разработки и внедрения оптимальных методов очистки выбросов в атмосферу и гидросферу.

На основе данного методологического подхода проведен анализ воздействия Острогожской компрессорной станции на окружающую среду.

2. Основными загрязняющими атмосферу веществами являются метан, диоксид азота, оксиды углерода и азота. Остальные загрязняющие вещества выделяются во много раз меньших количествах .

За последние 5 лет количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу заметно уменьшилось, что связано с проведением технологических. Кроме того, в последнее время снижение выбросов происходит еще и за счет падения объемов перекачиваемого газа. Количество выбросов достигает значений установленных норм ПДВ уже в пределах санитарно-защитной зоны. Однако у источников выбросов концентрации ряда веществ (метана, метанола,диоксида азота, абразивной пыли) превышают нормы ГТДК. Это может быть связано с несовершенством газоперекачивающих аппаратов и другого оборудования, а также со значительными потерями газа при пуске/останове станции и при аварийных ситуациях.

3. Сточные воды являются основным источником загрязнения природных вод. Среди загрязняющих веществ, для которых отмечается повышенное их содержание в сточных водах, следует отметить нефтепродукты и СПАВ. Предприятие располагает простейшим оборудованием для очистки. Однако качество последней оставляет желать лучшего. Поэтому предложено производить очистку сточных вод с помощью биопруда с высшей водной растительностью.

4. Основными и наиболее опасными веществами, которые загрязняют почвы являются метанол, нефтепродукты и тяжелые металлы. Отмечено превышение фоновых значений для свинца, цинка и меди.

5. Комплексный экологический анализ воздействия компрессорной станции на окружающую среду показал целесообразность проведения аналогичных исследований на других объектах транспорта РАО "ГАЗПРОМ". Это вызвано отсутствием проработанных в деталях теоретических основ оценки потенциального ущерба окружающей среде в результате функционирования таких объектов. Компрессорные станции располагаются на территориях с различными физико-географическими условиями, интенсивностью промышленных и сельскохозяйственных объектов, поэтому так важна комплексная оценка их техногенного воздействия на биосферу.

В связи с вышесказанным основными задачами, возникающими перед исследователями, являются:

а) проведение комплексного анализа техногенного воздействия компрессорных станций на окружающую среду с учетом других антропогенных источников и возможной реакции природной среды;

б) разработка экологически безопасных технологий, обеспечивающих снижение воздействия объектов транспорта газа на окружающую природную среду, в

частности компрессорных станций, до минимального и восстановление уже деградированных ее составляющих.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

I. В целях снижения уровня негативных воздействий на окружающую природную среду со стороны компрессорной станции "Острогожск" Острогожского ЛПУ. можно рекомендовать следующие мероприятия:

1. Рассмотреть возможность модернизации или замены существующего технологического оборудования компрессорной станции на более современное для снижения выбросов газообразных веществ в атмосферу.

2. Разработать меры по снижению потерь природного газа при залповых выбросах, в частности рассмотреть возможность его утилизации.

3. Регулярно проводить анализ сточных вод перед сбросом их на поля фильтрации.

4. Регулярно проводить наблюдения за качеством ливнево-талых сточных в,од, а также вод р. Тихая Сосна для выявления сезонного влияния и получения более полной картины воздействия данного объекта на водную среду. •

5. Рассмотреть возможность строительства малогабаритных очистных соору: жений сточных вод, включающих песколовку и симбиотенк, и замены полей подземной фильтрации на биологические пруды с высшей водной растительностью, для создания технического водооборотаэ

6. Регулярно проводить отбор и анализ проб почв для строгого контроля за их состоянием. Особое внимание обратить на участки, занятые огородами в непо-средствнной близости от компрессорной станции.

И. Необходимо распространить полученный опыт по комплексному исследованию воздействия компрессорной станции "Острогожск" на окружающую среду на другие объекты транспорта газа РАО "ГАЗПРОМ".

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Экологическая оценка воздействия работы объектов транспорта газа на окружающую среду // Транспорт и подземное хранение газа - М.: ИРЦ Газпром. №5.

1997. С. 53-59 (в соавторстве).

2. Трансформация в приземной атмосфере загрязняющих веществ, поступающих от объектов транспорта газа И Рациональное природопользование в условиях техногенеза. Научн. тр., вып. 1 - ГУЗ, 1998. С. 108-115.

3. Экологические аспекты последствий коррозионного разрушения конструкций на объектах транспорта газа // Практика противокоррозионной защиты. - М.,

1998. № 3. С. 23-25 (в соавторстве).

3

т. к печати 12.05.98 Формат 60*90 Бумага офсетная Печ. л. 1,6 изд. л. 1,6 Тираж 100 экз. Заказ №121 Цена договорная

МосГУГиК 103064, Москва К-64, Гороховский пер., 4