Оценка техногенных потоков углеводородов в поймах рек в зоне влияния нефтехимических предприятий

Галинуров, Ильдус Рафикович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Оценка техногенных потоков углеводородов в поймах рек в зоне влияния нефтехимических предприятий
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Оценка техногенных потоков углеводородов в поймах рек в зоне влияния нефтехимических предприятий"

На правах рукописи

005019251

ГАЛИНУРОВ ИЛЬДУС РАФИКОВИЧ

ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННЫХ ПОТОКОВ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПОЙМАХ РЕК В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ (на примере Республики Башкортостан)

Специальность 03.02.08 - Экология (в химии и нефтехимии)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 Д^р 2072

Уфа-2012

005019251

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (УГНТУ) и Государственном бюджетном учреждении Республики Башкортостан Управление государственного аналитического контроля (ГБУ РБ УГАК).

Научный руководитель кандидат технических наук Сафаров Айрат Муратович. Официальные оппоненты:

Ведущая организация Государственное унитарное предприятие «Научно-

Защита диссертации состоится 25 апреля 2012 г. в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.289.03 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Российская Федерация, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Автореферат разослан 24 марта 2012 г. Учёный секретарь

Назаров Владимир Дмитриевич доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», профессор кафедры водоснабжения и водоотведения;

Шайхиев Ильдар Гильманович

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», заведующий кафедрой инженерной экологии.

исследовательский институт безопасности жизнедеятельности Республики Башкортостан».

диссертационного совета

Абдульминев К.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время одной из составных частей государственной политики России является стратегия устойчивого развития, в которую важнейшим элементом входит охрана окружающей среды (ОС) от негативных антропогенных воздействий. Особое внимание уделяется защите водных ресурсов, в формировании качества которых ключевое значение имеют реки. Они служат трансграничными коридорами для техногенных потоков загрязняющих веществ и депонируют значительные их объёмы в донных отложениях.

Приоритетными поллютантами в Республике Башкортостан, в силу отраслевой специфики региона, являются нефтяные углеводороды (УВ). Воздействуя на биосферу на различных этапах жизненного цикла нефти, они способны существенно влиять на биологическое равновесие экосистем [Ягафарова Г.Г. и др., 2000].

Значительными источниками поступления нефтяных УВ в ОС являются предприятия нефтехимии и нефтепереработеи. Как крупные водопотребители, они территориально привязаны к речной сети и представляют потенциальную опасность загрязнения гидросферы. Специфическим видом воздействия подобных предприятий на природу является формирование в грунтах промышленных площадок скоплений нефтяных УВ (линз) и их дальнейшая внутрипочвениая ми-трация на прилегающие территории - вторичные техногенные потоки [Солнцева Н.П., 1998]. Данные образования являются объектами экологического ущерба, накопленного вследствие многочисленных разливов сырья и готовой продукции (первичных техногенных потоков) на рельеф местности.

Подземные скопления нефтяных УВ оказывают влияние на качество грунтовых и поверхностных вод, поэтому исследование параметров ореола углеводородного загрязнения, времени, характера и мест выхода нефтепродуктов на поверхность (очага разгрузки) является актуальной задачей в регионах с развитой нефтеперерабатывающей и нефтехимической инфраструктурой.

Цель диссертационной работы состоит в разработке научно-методических подходов к оценке образования и миграции подземных скоплений нефтяных УВ, совершенствованию системы мониторинга природных сред пойм

рек в зоне влияния нефтехимических предприятий и разработке мер защиты гидрографической сети от техногенных потоков УВ.

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:

• изучить миграцию и преобразование техногенных потоков нефтяных УВ в речных поймах в зоне влияния объектов неф техимической промышленности;

• оценить способность к самоочищению от нефти различных типов почв (аллювиальной (пойменной) почвы, чернозёма выщелоченного, тёмно-серой лесной почвы) и исследовать во времени изменение соотношения УВ (С8-С24);

• усовершенствовать систему мониторинга природных сред пойм рек в зоне влияния нефтехимических предприятий;

• разработать метод инженерной защиты гидрографической сети от техногенных потоков УВ.

Научная новизна работы

1. Предложен новый подход к оценке закономерностей миграции нефтяных УВ в поймах рек в зоне влияния нефтехимических предприятий, основанный на использовании территорий аварийных разливов нефти в качестве натурных моделей, позволяющий в многолетней динамике изучить преобразование первичного техногенного потока во вторичный.

2. Установлено, что нефтяные УВ, попадая в пойменную почву, образуют первичные техногенные потоки, для которых характерна и радиальная, и латеральная миграция. Вторичные техногенные потоки нефтяных У В распространяются преимущественно латерально и разгружаются в водные объекты. Установлены изменения соотношения УВ (С8-См) в техногенном потоке при радиальной и латеральной внугрипочвенной миграции, позволяющие судить о степени «старения» углеводородного загрязнения.

3. Показано, что при радиальной миграции техногенных потоков в профиле пойменных почв наблюдается эффект хроматографического разделения У В. Тяжёлые УВ в большей степени сорбируются верхними органогенными горизонтами пойменной почвы. Установлено, что органоминеральные субстраты (почвы и донные отложения) при контакте с нефтяными УВ сорбируют язопренаны (пристан и фитан).

4. Установлено, что из трёх типов почв - чернозём выщелоченный, тёмно-серая лесная почва, аллювиальная (пойменная) почва - верхний органогенный горизонт последней обладает наименьшей способностью к самоочищению от загрязнения У В.

5. Разработан метод инженерной защиты гидрографической сети от нефтяных УВ в потенциально опасных зонах возникновения и формирования их техногенных потоков посредством превентивного возведения специальных гидротехнических сооружений в русле малых водотоков.

Практическая ценность

Предложенные методы по совершенствованию системного экологического мониторинга речных пойм в зоне влияния нефтехимических предприятий используются в работе ГБУ РБ Управление государственного аналитического контроля и Министерства природопользования и экологии Республики Башкортостан.

Возведение разработанных защитных гидротехнических сооружений в руслах малых водотоков в потенциально опасных зонах возникновения техногенных потоков нефтяных УВ включено в план природоохранных мероприятий администрации Туймазинского района Республики Башкортостан.

Материалы диссертационной работы используются в курсах лекций по дисциплинам: «Химия окружающей среды», «Стандарты качества окружающей среды» для бакалавров и инженеров по специальности «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» и «Экология» для бакалавров и инженеров всех специальностей ФГБОУ ВПО УГНТУ.

Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты работы доложены и обсуждены на международных и российских научно-технических и практических конференциях, в т.ч. VII Кошрессе нефтегазопромыш-ленников России, посвященном 75-летию башкирской нефти (г. Уфа, 2007 г.); Межрегиональной научно-практической конференции «Вода для жизни - 2009» (г. Уфа, 2009 г.); Международной межотраслевой конференции, посвященной 25-летию Чернобыльской катастрофы «Современная эколого-антропологическая методология изучения и решения проблем здоровья населения» (г. Казань, 2011 г.) и др.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 24 научных работы, в т.ч. 4 статьи в рецензируемых журналах по перечню ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованных источников, включающего 282 наименования, содержит 169 страниц машинописного текста, 18 таблиц и 33 рисунка.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы загрязнения речных пойм в зоне влияния нефтехимических предприятий, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе представлен обзор литературы с описанием свойств нефтяных УВ, источников их поступления, поведения и миграции в ОС; контроля состояния природных сред при воздействии техногенных потоков нефтяных УВ и организации работ по их локализации и ликвидации негативных последствий.

Вторая глава посвящена объектам и методам исследования. Объекты исследования: образцы нефтяных УВ, почв, воды и донных отложений. Отбор проб проводился в соответствии с нормативными документами, допущенными для целей экоа-налитического контроля, обеспечивающими представительность проб и сохранность определяемых ингредиентов. Анализ образцов нефтяных УВ и природных компонентов, подвергшихся техногенному воздействию, выполнен в аккредитованной лаборатории (аттестат POCC.RU.0001.510312) с использованием современных высокоинформативных методов: ИК-спектроскопии, газожидкостной хроматографии (ГЖХ) и высокоэффективной жидкостной хроматографии.

В третьей главе представлены результаты многолетних натурных исследований, проведённых в зоне длительного влияния предприятий нефтехимической промышленности на пойму р. Белой и на территории аварийного разлива нефти в пойме малой р. Бшдинды; результаты лабораторного эксперимента по изучению изменения соотношения нефтяных УВ в образцах верхних органогенных горизонтов различных почв.

В результате лабораторного эксперимента методом ГЖХ установлено, что при депонировании нефти в образцах почв (пойменной почве, чернозёме выщелоченном, тёмно-серой лесной почве) в течение 210 сут. изменилось соотношение УВ (С8-С;4); увеличилось относительное содержание изопренанов - пристава и фитана. Степень преобразования зависит от наличия аборигенных микроорганизмов и продолжительности эксперимента. Установлено, что из трёх образцов пойменная почва обладает наименьшей способностью к самоочищению, следовательно, наиболее уязвима к углеводородному загрязнению.

Комплексное исследование техногешгых потоков нефтяных УВ в натурных условиях проведено на территории левого берега р. Белой в районе городов Салават и Ишимбай, где на смоченном периметре участка береговой линии протяжённостью -400 м периодически фиксируется поступление нефтепродуктов в водоток. Участок обследования характеризуется наличием производственных объектов, функционирующих более 40 лет и представляющих полный «жизненный цикл нефти»: добычу, переработку, транспортировку, храните сырья и готовой продукции (рисунок 1).

«Разгрузка» нефтепродуктов в реку негативно сказывается на качестве воды р. Белой, При визуальном осмотре реки на поверхности воды фиксируются плёночные У В (таблица 1). Концентрация растворённых и эмульгированных нефтепродуктов в воде на участке разгрузки (точка 2, см. рисунок 1) варьировалась в диапазоне от 1 до 6 ПДКрю достигая в отдельных случаях 92 ПДКрх..

Таблица 1 - Содержание нефтепродуктов в воде р. Белой в яворе исследуемой территории

Содержание нефтепродуктов

Год Точка 1 (фон) выше участка Точка 2 участок разгрузки Точка 3 ниже участка

раств. + эмульг, мг/дкг пленка, г/м2* раств. + эмульг, мг/дм плёнка, г/м2* раств. + эмульг, мг/дм плёнка, г/м2*

1995 <0,05 0 0,07-4,60 0,1-2,4 0,05-1,20 0,1-0,4

2000 <0,05 0 < 0,05-0,06 0-0,1 <0,05-0,10 0-0,1

2001 <0,05 0 0,14-0,18 0,1-0,3 0,05-0,10 0

2003 <0,05 0 0,19-0,31 0,2-0,4 0,10-0,35 0,1-0,3

2005 <0,05 0 0,09-0,18 0,1-0,2 <0,05-0,1 0

2007 <0,05 0 0,07-0,15 ^1-0,2 <0,05-0,1 0

2010 <0,05 0 0,08-0,19 0,1-0,3 0,16-0,22 0,1-0,2

2011 <0,05 0 0,07-0,116 0,1-0,2 0,06-0,09 0-0,1

Прим.: * - в соответствии с Приказом Минприроды РФ от 13.04.2uuy № 8/ «ио утверждении методам исчисления размера вреда, причинённого водным объектам вследствие нарушения водного законодательства».

О воздействии техногенных потоков нефтяных УВ на реку свидетельствует наличие нефтепродуктов и полициклических ароматических УВ (ПАУ) в донных отложениях (таблица 2).

Таблица 2 - Содержание загрязняющих веществ в донных отложениях р. Белой в

створе исследуемои терри Определяемые показатели Содержание загрязняющих веществ, мг/кг

Точка 1 (фон) выше участка Точка 2 участок разгрузки Точка 3 ниже участка

Нефтепродукты 660±165 1190Ш=2975 1030±258

£ ПАУ (15 соединений), в т.ч. бенз(а)пирен 0,0448 0,0017±0,0009 1,7881 0,0942±0,0433 0,1911 0,0238±0,0109

Условные обозначения:

О створы наблюдения воды и донных отложений реки;

|~Г| наблюдательные скважины;

створ наблюдательных скважин;

точки отбора образцов нефтяных УВ: А - место разгрузки нефтепродуктов в реку (углеводородная плёнка на поверхности воды); В, С и Б - слой УВ над грунтовыми водами на дне почвенных разрезов (шурфов); при закладке разрезов были отобраны образцы почвы;

гидроизогипсы; |||| промышленные объекты:

1) промплощадка ОАО «Газпром нефтехим Салават»; 2) очистные сооружения; 3) битумные ямы; 4) про-мывочно-проларочная станция «Ал-лагуват» Башкирского отделения Куйбышевской железной дороги ОАО «РЖД»; 5) ООО «Ишимбайский специализированный химический завод катализаторов» (ранее Ишимбайский нефтеперерабатывающий завод); 6) ОАО «Подземвефтегаз», 7) ГЗУ № 466 ИЦЦНГ-1 НГДУ «Ишимбай-нефть» ООО «Башнефть - Добыча».

Рисунок 1 - Схема территории обследования на левобережье р. Белой

В точке 2 концентрации нефтепродуктов и суммы ПАУ в донных отложениях превышают фоновое значение в 18 и 40 раз соответственно, в т.ч. по бенз(а)пирену - в 55 раз. Ниже участка разгрузки повышенное содержание нефтепродуктов и ПАУ сохраняется.

Для оценки состояния питающих реку фунтовых вод использовалась существующая сеть из 18 наблюдательных скважин (рисунок 1). По результатам замеров уровня грунтовых вод установлено их устойчивое движение в направлении от промллощадок предприятий к р. Белой. За период наблюдения (2000-2011г.г.) содержание растворённых нефтепродуктов в подземных водах изменялось в диапазоне от значений ниже предела обнаружения (<0,05) до 6,80 мг/дм3. Наибольшие концентрации обнаружены в скважинах 1 (0,41-6,80 мг/дм3), 4 (0,45-3,00 мг/дм3) и 7 (<0,05-1,92 мг/дм''), близко расположенных к промышленному объекту 1.

Послойное изучение почвенного профиля на примере трёх разрезов, заложенных на разном удалении от ряси в центре исследуемой территории (рисунок 1 точки В, С и О), показало, что верхние суглинистые слои почвы, в отличие от нижних более лёгких грунтов, содержат нефтепродукты в значительно меньших концентрациях (<1,4 и 187,0 г/кг соответственно). На глубине >4 м вскрыты скопления жидких нефтяных УВ на границе залегания грунтовых вод, которые мигрируют вместе с ними в направлении реки.

В качестве критерия для оценки преобразования УВ в компонентах природной среды было использовано соотношение индивидуальных соединений: н-алканов (Сг С24) и изопренанов (пристана и фитана), рассчитанное по хроматограммам отобранных образцов путём определения доли (%) ¡-го УВ в общей массе. Изменение соотношения УВ при внутрипочвенной латеральной миграция техногенного потока и последующей разгрузке в р. Белую описывается кривыми на рисунке 2.

Рисунок 2 - Распределение определяемых алканов в образцах нефтяных УВ, отобранных: А -на поверхности воды в реке на участке разгрузки (плёнка); В, С и Б - из технологических шурфов (схема расположения точек приведена на рисунке 1).

Примечание: здесь и далее за 100% принято суммарное содержание н-алканов (Ся-СгЛ пристана и фигана

По мере удаления от реки в образцах нефтяных УВ, отобранных в шурфах (рисунок 2 кривые В, С и О), наблюдается существенное повышение суммарной доли н-алканов и снижение относительного содержания ористана и фитана. Максимум изопренанов отмечается в образце углеводородной плёнки, отобранном с поверхности воды р. Белой после подрусловой разгрузки техногенного потока (кривая А рисунок 2). Средами-проводниками вторичного техногенного потока (рисунок За) и естественными барьерами-концентраторами, сорбирующими при-стан и фитан, являются грунты с лёгким гранулометрическим составом на границе водоносного горизонта и донные осадки (рисунок 36).

1) грунт (слой 300-350 см, из 25 шурфа «В» в ПО м до уреза воды);

2) почва на берегу реки (поверхностный слой 0-20 см); 15 -

3) донные отложения в зоне прилегания загрязнённого участка

1« ■

о на сумм? алкавов

0 Йг-О-О

Рисунок 3 - Соотношения алка-нов в экстрактах, выделенных из образцов сред - проводников

техногенного потока - почвы и 58

донных отложений р. Белой

Исследования, проведённые на левобережье р. Белой, свидетельствуют о наличии вторичных техногенных потоков нефтяных УВ, которые ведут к трудно прогнозируемому во времени и пространстве загрязнению гидросферы. Аналогичные явления наблюдаются в г. Уфе в районе расположения крупных нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий. В связи с этим предотвращение их образования является важной задачей, поэтому необходимо изучить закономерности возникновения и миграции подземных скоплений нефтепродуктов.

Для изучения формирования вторичных техногенных потоков в качестве натурных моделей были рассмотрены разливы нефти вследствие аварий на тру-

бопроводном транспорте, когда известны время образования и местоположение первоначального ядра ореола загрязнения.

Образование подземных скоплений нефтяных УВ и формирование вторичного техногенного потока в пойме реки было изучено на примере поймы р. Би-шинды, где в результате аварийной ситуации на магистральном нефтепроводе произошло залповое поступление большого объёма нефти (~ 6 тыс. м3) и растекание её на местности (~ 8,0 га). Схема загрязнённого участка в пойме р. Бишинды приведена на рисунке 4а.

а)

"Ч V

контр, участок.

нас. ях-нш

□ ш

б)

□

ї!""о о

I • ■ | нас тшгл

______

Условные обозначения:

- река:"* - » - нефтепровод; ♦ - юра ореола «грязнею« (моего рпгермепвшт нефтепровода): створ наблюдения;^"; - техкогевно нарушенный участок (по состоянию на момент разящ» нефтяных УВ): •Зг» - датсральнмй перенос нефтяных УВ ш вовсрхностя; Щ - сектор; ♦ - обследоааякый сектор; ■фф - перехватывающая дамба; ~— - заболоченная территория.

Рисунок 4 - Схема техногенно нарушенного участка в пойме и расположения наблюдательных створов на р. Бишинды Многолетняя динамика содержания нефтепродуктов в почвенном профиле участка представлена на рисунке 5. Высокое содержание нефтепродуктов в фунтах всех обследованных участков, за исключением сектора 1, сохранялось в течение всего периода наблюдений. На периферии ореола распространения нефти (сектор 1) загрязнение почвенного покрова соответствовало допустимому уровню. Однако, постепенное увеличение содержания нефтепродуктов в почве этого сектора на глубине > 1,0 м (до 3,0 г/кг) свидетельствует о латеральной миграции УВ и формировании вторичного техногенного потока в виде оторванного ореола загрязнения.

а) глубина 0-20 см

5 40 ;

- я« ■;

70 -1

£ «« і

к 50 ■;

5" 40

б зо і

20 :

НІ ;

99 89 70 60 50 40 30 20 Ы 9

б) глубина 20-50 см

12 3 4 5

в) глубина 50-100 см

I 2 3 4 5 «

г) глубина > 100 см (до 200 см)

2 3 4

секторы год обследования -

гШу. 6

3 4

секторы і 2006 02007 ® 2008 02010 Рисунок 5 - Содержание нефтепродуктов в почвенном профиле техногенно нарушенного участка по секторам (местоположение секторов приведено на рисунке 4а)

Соотношение УВ (С8-С24) в углеводородном слое на границе залегания грунтовых вод и плёнки с поверхности воды в реке через 4 года после аварии, существенно отличается от их соотношения в исходной нефти, отобранной в момент разлива (рисунок 6).

16 на сумму мь:п(ок

14 12 10 8 6 4

5л

4......

8 1

-%-г -А-3

алкапы

Рисунок 6 - Соотношение ачка-нов в образцах нефтяных УВ, отобранных в пойме р. Бишинды

1) нефть та момент разлива (первичный техногенный поток,2006 г.);

2) углеводородный слой на границе 'залегания фунтовых вод на техногенно нарушенном участке (через 4 года после аварии);

3) плёнка на поверхности воды р. Бишинды в зоне прилегания загрязнённого участка (через 4 года после аварии).

При просачивании нефти сквозь почвенный профиль уменьшается доля лёгких компонентов. Максимальное снижение происходит при переходе техногенного потока из водной среды с ламинарными условиями (фунтовых вод) в турбулен тную среду реки. В отличие от техногенных потоков в пойме р. Белой,

сформировавшихся в течение длительного времени (см. рисунок 2), на кривых 2 и 3 (рисунок 6), построенных при обработке хроматограмм образцов нефтяных УВ, отобранных на р. Бишинды, отсутствуют чётко выраженные пики пристана и фитана. Следовательно, по отношению н-алканов и изопренанов (пристана и фи-тана) в техногенном потоке можно судить о степени его «старения», что является важным фактором при установлении источников загрязнения.

tía примере разреза, заложенного в секторе 3 (см. рисунок 4а) через 4 года после разлива, методом ГЖХ проведено исследование перераспределения нефтяных УВ в почвенном профиле (рисунок 7). Профиль пойменной почвы способствует расслоению потока нефтяных УВ, задерживая более тяжёлые компоненты по принципу хроматографической колонки.

яаЬ"му л л.;;т;.;;;;:; _., Рисунок 7 - Соотношение алка-

шкааов й А

j\ |v .<. 2 :; нов в экстрактах, выделенных

I \ 'Д [■ - -з Н из образцов почвы и донных

/ j j U i I -¿г4 i j отложений в пойме р. Бишинды

/'\ ¡ A¡ i \\ (через 4 года после аварии)

.................. </\:\J ) / \\........

// ¡-Х^Л!. \\ 1) почва (слой 0-100 см);

................:..... /' ...../ \ / М//\ \............................2) почва (слой 100-200 см);

i /Л \ [А \ ! 3) почва (слой 200-300 см);

'i jА" • ^ 4) донные отложения в зоне

у/ ¡:./. K^íS7,^:;: прилегания загрязнённого уча-

j i^^X^V ci ка.

0 <•'.?>*•'—»'г —,—,—i—,—i—,—I—¡—-i—i—¡'

алканы

cHVíí^Wc^/cWo^cW «s* s

Радиальное просачивание нефтяных УВ в слое почвы 100-200 см, который характеризуется наиболее тяжёлым гранулометрическим составом (глина тяжёлая), происходило в т.ч. rio корневым ходам растений. При этом загрязнение прикорневого пространства в 2,44,2 раза выше, чем в среднем по слою. Слой на глубине 200-300 см обводнён и отличается максимальным содержанием нефтепродуктов (156,0 г/кг) с повышенным относительным содержанием более лёгких УВ. Следовательно, не успевшие улетучиться лёгкие компоненты нефти, достигают водоносного горизонта и сохраняются в этих условиях длительное время. При сезонном изменении уровня грунтовых вод происходит годрусло-вая «разгрузка» скопившихся УВ в реку. В верхних органогенных горизонтах (0-100 см) и в донных отложениях происходит активное накопление пристана и фитана (рисунок 7 кривые 1 и 4). Таким образом, эта среды служат естественными барьерами-концентраторами для УВ этого ряда с начала формирования вторичного техногенного потока.

Донные отложения нарушенного участка реки загрязнены нефтепродуктами и ПАУ. Максимальные их концентрации установлены в месте разгрузки нефти в реку (створ 2 рисунок 46), где содержание суммы ПАУ в 59 раз превышает фоновое значение (таблица 3).

Таблица 3 - Содержание загрязняющих веществ в донных отложениях р. Бишинды

Определяемые показатели Содержание загрязняющих веществ, мг/кг

/створ фон 2 створ на участке разгрузки 3 створ 160 м ниже 4 створ 2000 м ниже 5 створ 3900 м ниже

Нефтепродукты <50 2160±540 100±25 170±43 140±35

Е ПАУ (15 соединений), в т.ч. бенз(а)пирен 0,0059 <0,0005 0,3499 0,0027±0,0015 0,0114 <0,0005 0,0180 0,0016±0,0009 0,0136 0,0006±0,0003

Загрязнение донных отложений отразилось на видовом разнообразии макро-зообентосных сообществ р. Бишинды. При обследовании донных отложений зарегистрировано 19 видов беспозвоночных 5-ти классов животного мира. Доминируют представители класса насекомых 04 видов), среди них преобладают личинки хиро-номид (подсемейства СМголоттае и ТатросИпае), устойчивые к химическому загрязнению и дефициту кислорода. Оксифильные формы хирономид (подсемейства ОПкосЫПпае и Оштехгпае) не выявлены. На фоне перехода доминирования к поли-сапробным личинкам СЫгопотт gr. Р1итош отмечено резкое снижение числа видов (особенно в створе 2), а также деградация трофической структуры бентоценозов за счёт снижения численности хищников и фитофагов и увеличения доли детритофа-гов и видов, питающихся недифференцированно (рисунки 8 и 9).

ввдов

Й;

і ..... 1

г I

.....Й 1 'Й

Ш ц-мезосапробы

П Р-мезосапробы

Ш полисапробы

3 виды, не имеющие индикаторной значимости

1в -9 8 7 б 5 4 3 2 1 О

Кол-во видов

13 зоофаги

□ фитофаги

Ш еврифаги

ІЗ детриггофаги

Рисунок 8 - Распределение видов-индикаторов в составе макрозообентоса р. Бишинды

1 Наблюдательные 1 " 3 4 5 створы

Рисунок 9 - Трофический спектр макрозообентоса р. Бишинды

Примечание: расположение наблюдательных створов приведено на рисунке 46.

В соответствии с расчётными индексами Ксшьквитца-Марссона, Пантле-Букка и Вудивисса, приведёнными в таблице 4, вода на нарушенном участке р. Бишшщы (створы 1 и 3) классифицируется как умеренно загрязнённая, в других створах - как грязная.

Таблица 4 - Оценка состояния р. Бишинды различными методами

Параметры Наблюдательные створы

1 2 3 4 5

Количество видов 10 6 9 6 6

Индекс Кольквитца-Марссона р а Р а а

Индекс Паитле-Букка 2.5 Р 3,1 а 2.5 Р 3,0 а 3,5 а

Индекс Вудивисса 6 4 6 4 4

Полученные результаты показывают, что залповый разлив большого объёма нефти в пойме реки оказывает не только прямое негативное воздействие на поверхностные воды и прирусловые пойменные почвы, но при неправильных ликвидационных мероприятиях ведёт к образованию подземных скоплений нефтяных УВ. Скопившиеся УВ мигрируют с грунтовыми водами в реку, вызывая деградацию макрозообентоценозов.

Установлено, что в процессе радиальной миграции исходной нефти сквозь почвенный профиль в пойменных условиях происходит существенное изменение соотношения нефтяных УВ в техногенном потоке. Это необходимо учитывать при поиске первичных источников поступления нефтяных УВ в пойму реки. Кроме того, процессы миграции в почвенном профиле приводят к обогащению нижних горизонтов более токсичными соединениями, что подтверждается данными биотестирования с использованием стандартных тест-объектов Daphnia magna Straus и Scenedesmus quadricauda (Тигр.) Breb - типичных представителей гидробионтов.

Четвёртая глава. Формирование подземных скоплений и миграция нефтяных. УВ в условиях речных пойм представляют угрозу загрязнения гидросферы. Стандартный подход к оценке качества фунтовых и поверхностных вод в зоне влияния нефтехимических предприятий не позволяет оценить масштабы и экологическую опасность техногенных потоков нефтяных УВ. В связи с этим актуальной задачей является совершенствование системы мониторинга подобных территорий, в т.ч. с накопленным экологическим ущербом.

На рисунке 10 представлена блок-схема системы мониторинга природно-техногенного комплекса, включающего нефтехимическое предприятие и сформировавшиеся на его промплощадке техногенные потоки нефтяных УВ в качестве источника загрязнения, а также компоненты природной среды в зоне его влияния. Для оценки параметров вторичного техногенного потока (координат, качественного состава УВ, токсичности и т.п.) рекомендуется использовать визуальные, химические и биологические методы. На основании полученных результатов разрабатывается программа мониторинга, предусматривающая определение приоритетных показателей загрязнения сопредельных природных сред. Для оценки путей миграции нефтяных УВ и образования подземных скоплений используется метод площадного мониторинга (закладка шурфов и наблюдательных скважин с учётом гидрогеологической обстановки). При этом скважины должны быть оборудованы щелевым фильтром на всю глубину, с целью оценки качества не только подземных вод, но и углеводородного слоя над ними.

ОРИРОДНО-ТЕХНОГЕНН.ЫЙ КОМПЛЕКС

НЕФТЕХИМИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ КОМПОНЕНТЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

техногенный потек нефтяных У В

т Ф т

ишчка

:1> @ ,

грунтовые яодьЦ........>;

• - ш

ашшые ИШЖСИШ

• 1 €

ггеаещжн"! гн.зе воды

.МЕТОДЫ 1 экаюгичк'кого МОНИТОРИНГА

ШВУА ¡1>,

(3"

ШРШёские

§-----

и иицмнм*

СЛПШС

мсфтсщюлукга» .

вн Ш|1н»а.||.||11ч

СшЖМДИЬШШН

Рисунок 10 - Пути распространения техногенных потоков нефтяных У В и организация системного экологического мониторинга в зоне влияния нефтехимических предприятий

Предлагаемая схема системного мониторинга отличается от традиционной тем, что включает контроль донных отложений на проблемных участках поверхностных водных объектов, как по степени загрязнённости УВ, так и по состоянию макрозообентоса.

Далее представлены результаты исследований, проведённых с целью обоснования выбора инженерных мер защиты территорий от техногенных потоков нефтяных УВ. Поставарийные мероприятия по ликвидации последствий нефтяного загрязнения в поймах рек требуют значительных материальных затрат и времени. В связи с этим необходима разработка превентивных мер по минимизации негативного воздействия техногенных потоков нефтяных УВ на поймы рек.

На основании сравнительного анализа разливов нефтяных УВ, официально зарегистрированных на территории Башкортостана в период с 1995 по 2011 г.г., было выявлено, что из 33 случаев 70% произошли в непосредственной близости от водных объектов или оказали значительное негативное воздействие на пойменные участки рек. При ранжировании разливов нефтяных УВ в качестве натурных моделей были выбраны три, вследствие которых произошло негативное воздействие на малые природные водотоки с близкими гидрологическими характеристиками (р. Бшпинды, водосборный ручей р. Улуир и р. Нурлинка).

Для удобства сравнения в таблице 5 схематично представлены параметры выбранных аварийных разливов и их экологические последствия, характеристики водотоков, характер загрязнения поймы, русла и т.д. Основными факторами, влияющими на распространение первичного техногенного потока и образование подземных скоплений нефтяных УВ, являлись: продолжительность контакта нефтяного потока с почвой (модели 1 и 2); время, необходимое на возведение защитных сооружений для перехвата техногенного потока (модель 2); наличие в русле водотока гидротехнических сооружений (например, каскада прудов) и их близость к ядру ореола загрязнения, наличие воды в гидросооружениях в объёмах, достаточных для создания гидрозатвора (модель 3). Установлено, что при незначительной продолжительности контакта нефтяных УВ с пойменной почвой и наличии гидротехнических сооружений ниже места аварии степень воздействия на речную экосистему может быть сведена к минимуму (модель 3).

Комплексная оценка трёх натурных моделей позволила предложить меры инженерной защиты гидрографической сети в потенциально опасных зонах залповых разливов нефтяггых УВ и формирования их подземных скоплений посредством превентивного возведения постоянных защитных гидротехнических сооружений (ЗГТС) в русле малых водотоков с целью перехвата техногенных потоков и обеспечения необходимого запаса времени для развертывания сил оперативного реагирования. Принципиальная схема ЗГТС представлена на рисунке 11.

Таблица 5 - Натурные модели разливов нефтяных УВ в поймах малых природных водотоков

Параметры 1) р. Бишинды 2) водосборный ручей на р. Улуир 3) р. Нурлинка

Водоток следующего порядка р. Усень - р. Ик - р, Кама р. Улуир - р. Ай - р. Уфа - р. Белая -р. Кама р. Сикиязка - р, Кармасан -р. Белая - р. Кама

План-схема разлива нефтяных УВ: ---- нефтепровод ^_ , _^ пруд ф ядро ореола нефтезагрязн. участок водоток N. плотина водоток следуюше- ' - го порядка защитное ¿^тт^ гидротехни- *—• боновые заграждения 1 V \ і V V 1 /•• * х \ • \/ » \ 1 г 1 ! 1 Ч •-Л-3 1 А • т^ * |

Необходимые характеристики для расчёта экологического ущерба

Длина нарушенного участка русла, м 2000 2000 557

Загрязнение водотоков следующего порядка + + -

Площадь загрязнения земель, м 79600 14061 -

Экологический ущерб за загрязнение водных объектов / за загрязнение земель, тыс. руб. 272,0/14750,0 -/2092,0 не предъявлен

Характеристики места аварни и оценка её масштабности

Характер поступления нефтяных УВ в водоток поверхностный сток, аэрогенное поступление, инфильтрация из почвенного профиля поверхностный сток

Продолжительность санацноиных мероприятий, лет («+» - продолжаются) 4 + 2 + 1

Приоритетные формы миграции нефти водонефтяная эмульсия, плёнка, растворённые нес )тепродукты

Форма присутствия основной массы нефти слой вязкой нефти на поверхности воды

Дальность распространения нефтяных УВ, м 6000 2000 557

Степень поражения экосистем загрязнение воды; полное нарушение русла протяженностью 6 км при проведении ликвидационных мероприятий; загрязнение почвы на глубину до уровня залегания фунтовых вод (до 3,0 м) загрязнение воды; полное нарушение русла протяженностью 2 км при проведении ликвидационных мероприятий, загрязнение почвы на глубину до 1,0 м загрязнение воды на участке реки протяженностью 557 м (первый от места утечки пруд) в период проведения ликвидационных мероприятий, загрязнение почвы незначительно

11 12 2 3 1

Рисунок 11 - Принципиальная схема устройства ЗГ'ГС

Условные обозначения: 1) плотина; 2) водопропускная труба; 3) вантуз-кяапан; 4) входной патрубок 5) плафонный решетчатый фильтр; 6) решётка; 7) траншея; 8) гидроизоляционный материал; 9) водоприёмный прогавоэрозионный лоток; 10) вода; 11) водонефтяная эмульсия; 12) плёнка нефтяных УВ после расслаивания

С целью минимизации возможного влияния сооружений на водные экосистемы усовершенствовано водопропускное устройство, которое позволяет обеспечить свободную миграцию рыбы. Устройство представляет собой одну или несколько Г-образных водопропускных труб (2), снабженных вантузом-югапаном (3) и расположенных в теле плотины. Один конец трубы, находящийся выше по течению реки, оборудован патрубком (4) и плафонным решетчатым фильтром (5). загнут под определённым углом (согласно параметрам поперечного профиля плотины) и направлен ко дну, друг ой конец - располагается наклонно, упираясь в специальный водоприёмный противоэрозионный лоток (9) в русле ниже по течению от плотины. Водоприёмный лоток оборудован небольшим возвышением (трамплином) с целью гашения скорости потока и исключения размыва русла реки.

Экономическая эффективность использования подобных сооружений рассчитана на примере р. Бишинды, подвергшейся негативному воздействию залпового разлива нефтяных УВ. Параметры водотока: поперечное сечение русла - 0,76 м\ скорость течения - 0,3 м/с и расход воды 0,23 м3/с на момент разлива нефти.

Исходя из продольных и поперечных профилей русла, получены, следующие параметры ЗГТС: основание плотины - 23,6 м, длина плотины - 35 м, высота плотины - 4,1 м и ширина гребня плотины - 3,3 м. Длина котлована ЗГТС, которая гарантировано обеспечит расслоение водонефтяной эмульсии, составляет 300 м.

Сметная стоимость возведения ЗГТС на р. Бишинды, рассчитанная на про-

граммном комплексе «Гранд-Смета», составляет ~1,5 млн. руб. в ценах 2011 г. Ущерб, причинённый ОС при разливе нефтяных УВ, составил -15 млн. руб., а официальные затраты на проведение технического этапа реабилитации загрязнённого участка ~17млн. руб. Представленные цифры подтверждают целесообразность использования предлагаемых ЗГТС в качестве превентивных мер инженерной защиты водных объектов.

Предлагаемые меры позволят снизить риск экстремальных загрязнений гидрографической сети, повысить экологическую устойчивость территории и сохранить благоприятную ОС для населения региона.

ВЫВОДЫ

1. Установлены особенности миграции нефтяных загрязнений (первичных и вторичных техногенных потоков) в поймах рек в зоне влияния объектов нефтехимической промышленности. На примере натурных моделей показано, что первичный техногенный поток нефтяных УВ распространяется радиально и латерально. Глубина радиальной миграции первичного техногенного потока в профиле пойменных почв ограничивается уровнем залегания грунтовых вод (более 3,0 м). В многолетней динамике показано формирование в профиле пойменных почв вторичного техногенного потока нефтяных УВ в виде оторванного ореола загрязнения. Миграция вторичных техногенных потоков имеет преимущественно латеральный характер.

2. Показано, что при радиальной миграции техногенного потока в профиле пойменных почв наблюдается эффект хроматографического разделения УВ. Более тяжёлые УВ, в т.ч. изопренаны - пристан и фитан, сорбируются органомине-ральными субстратами.

3. Экспериментально установлено, что из трёх типов почв - чернозём выщелоченный, тёмно-серая лесная почва, аллювиальная (пойменная) почва - верхний органогенный горизонт последней обладает наименьшей способностью к самоочищению от загрязнения нефтяными УВ.

4. Изучен видовой состав макрозообентоса р. Бишинды в зоне подземных скоплений нефтяных УВ. Показано снижение видового состава и деградация трофической структуры макрозообентосных сообществ реки на участке, подверженном негативному воздействию вторичного техногенного потока УВ.

5. Предложена схема организации системы мониторинга природных сред в поймах рек в зоне влияния нефтехимических предприятий, включающая площад-ный мониторинг (закладку шурфов и наблюдательных скважин, оборудованных щелевым фильтром от шейки, что обеспечит возможность оценки не только качества грунтовых вод, но и углеводородного слоя над гшмн). Предложено дополнить традиционный перечень контролируемых показателей техногенными ПАУ (бенз(а)пирен и др.); использовать хроматографический метод для оценки экологического состояния компонентов природной среды в условиях пойм (вода, донные отложения, пойменные почвы) и проводить оценку устойчивости речных экосистем по состоянию макрозообентосных сообществ.

6. Разработан метод инженерной защиты гидрографической сети от техногенных потоков нефтяных УВ посредством превентивного возведения защитных гидротехнических сооружений в потенциально опасных зонах в руслах малых водотоков. Предложено усовершенствованное водопропускное устройство, позволяющее обеспечить свободную миграцию рыбы.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Галинуров И.Р. Оценка отдалённых последствий нефтяного загрязнения паводково-пойменных комплексов малых рек / И,Р. Галинуров, A.M. Сафаров, Ю.В. Островская, Т.П. Смирнова, P.M. Хатмуллина, В.И. Сафарова // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». - 2011. - №2. - С. 152-166. URL:hltp://www.ogbus.ru/authors/Galinurov/ Galinurov_1.pdf.

2. Галинуров И.Р. Миграция нефтяных углеводородов в профиле прирусловых поименных почв / И.Р. Галинуров, A.M. Сафаров, Ф.Х. Кудашева, P.M. Хатмуллина, Т.П. Смирнова// Вестник Башкирского государственного университета. -2011. - Т. 16.-No 1. - С. 47-52.

3. Галинуров И.Р. Биотестирование как метод определения токсичности неф-тезагрязнённых отходов / А.Б. Магид, И.Х. Рахимов, A.M. Мухамадеева, И.Р. Галинуров И Нефтепереработка и нефтехимия. - 2011. - № 9. - С. 41-43.

4. Галинуров И.Р. Подземные скопления нефтяных углеводородов в пойме р. Белой Республики Башкортостан / И.Р. Галинуров, A.M. Сафаров, Г.Ф. Шайду-лина, А.Т. Магасумова, P.M. Хатмуллина, Т.П. Смирнова // Башкирский химический журнал. - 2011. - Т. 18. - № 4. - С. 95-98.

5. Галинуров И.Р. Организация мониторинга природных сред во время крупной аварии на магистральном нефтепроводе / В.И. Сафарова, Г.Ф. Шайдулина, А.А. Фаухугди-нов, A.M. Сафаров, А.Т. Магасумова, И.Р. Галинуров // Материалы 3 международной научно-технической конференции «Наука - Образование - Производство в решении экологических проблем». - Уфа: типография НИИ БЖД РБ, 2006. - Т. 1. - С. 126-128.

6. Галинуров И.Р. Способы и средства пробоотбора при организации экологического мониторинга водных объектов в период ликвидации аварий на подводных переходах нефтепроводов / A.M. Сафаров, Н.С. Миннигазимов, В.И. Сафарова, А.А. Колчина, А.Т. Магасумова, Г.Ф. Шайдулина, И.Р. Галинуров // Материалы докладов II Всероссийской конференции «Аналитика России» с международным участием. -Краснодар: типография «БИОТЕХ-ЮГ», 2007. - С. 390.

7. Галинуров И.Р. Исследование процессов деградации нефти в почве / И.Р. Галинуров, A.M. Сафаров, В.И. Сафарова, P.M. Хатмуллина, JI.A. Валиева // Материалы 8 Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России». - М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2010.- С. 262-263.

8. Галинуров И.Р. Экстракция минеральных компонентов из малообводнён-ной нефти / А.Р. Мухаматдинова, А.Т. Магасумова, И.Р. Галинуров, A.M. Сафаров // Каталог докладов 4 Международной конференции «Экстракция органических соединений». - Воронеж: ВГТА, 2010. - С. 395.

9. Галинуров И.Р. Анализ последствий экстремальных эмиссий нефти в па-водково-пойменных комплексах / И.Р. Галинуров, A.M. Сафаров, В.И. Сафарова, Г.Ф. Шайдулина // Материалы международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук». Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. - вып. 5. - С. 10-12.

10. Галинуров И.Р. Совершенствование системы экологического мониторинга окружающей среды в районах расположения нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий / В.И. Сафарова, Г.Ф. Шайдулина, И.Р. Галинуров, A.M. Сафаров, Е.В. Фатьянова // Материалы 4 научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывоопасных и химически опасных производственных объектах. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. - С. 26-32.

11. Галинуров И.Р. Оценка последствий разливов нефти при авариях на нефтепроводах в паводково-пойменных комплексах малых природных водотоков / И.Р. Гали-нуров, А.М. Сафаров, В.И. Сафарова, Г.Ф. Шайдулина, T.II Смирнова // Сборник материалов I Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы охраны природы, окружающей природной среды и рационального природопользования». - Чебоксары: «Новое время», 2010. - С. 134-137.

12. Галинуров И.Р. Загрязнение нефтепродуктами водотоков в зоне влияния предприятий нефтяной отрасли / И.Р. Галинуров, А.Т. Магасумова, В.И. Сафарова // Сборник трудов научной конференции «Экологические проблемы нефтедобычи». - Уфа: Нефтегазовое дело, 2010. - С. 129-130.

13. Галинуров И.Р. Залповые выбросы нефти в паводково-пойменных комплексах малых рек и совершенствование мер по локализации их негативных последствий / И.Р. Галинуров, A.M. Сафаров, P.M. Хатмуллшта, Т.П. Смирнова// Сборни к докладов международной межотраслевой конференции, посвященной 25-летию чернобыльской катастрофы «Современная эколого-ангропологическая методология изучения и решения проблем здоровья населения». - Казань: Издательство «Бриг», 2011.-С. 96-97.

14. Галинуров И.Р. Исследование самоочищающейся способности почв / И.Р. Галинуров, A.M. Сафаров, P.M. Хатмуллииа, В.И. Сафарова, P.P. Бадамшина // Материалы международного экологического форума «Уралэкология. Промбезо-пасность - 2011». - Уфа, 2011. - С. 99.

15. Галинуров И.Р. Негативное воздействие предприятий нефтехимической промышленности на окружающую среду Республики Башкортостан / И.Р. Галинуров, В.И. Сафарова, A.M. Сафаров, P.M. Хатмуллина, А.Р. Мухаматдинова // Сборник научных статей 8-й Международной научно-технической конференции «Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Эколо-гия-2011)». Том 1.-Уфа: УГАТУ, 2011.-С. 181-185.

Подписано в печать 17.03.12 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Тираж 130 экз. Заказ 638. Гарнитура «ТштаКсн-Кошап». Отпечатано в типографии «ПЕЧАТНЫЙ ДОМЪ» ИП ВЕРКО. Объем 1 пл. Уфа, Карла Маркса 12 корп. 4, т/ф: 27-27-600, 27-29-123

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата технических наук, Галинуров, Ильдус Рафикович, Уфа

ел т^-э/зэо/

ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Управление государственного аналитического контроля

ГАЛИНУРОВ ИЛЬДУС РАФИКОВИЧ

03.02.08 - Экология (в химии и нефтехимии)

На правах рукописи

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание степени кандидата технических наук

Научный руководитель к.т.н. Сафаров А.М.

Уфа-2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НЕФТЯНЫМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ

(ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР) 9

1.1 Состав нефти и свойства её основных компонентов 9

1.2 Источники поступления нефтяных углеводородов

в окружающую среду 18

1.3 Нефтяные углеводороды в окружающей среде 20

1.4 Деструкция нефтяных углеводородов в окружающей среде 31

1.5 Мониторинг окружающей среды при загрязнении

нефтяными углеводородами 34

1.6 Способы и методы защиты окружающей среды

от загрязнения нефтяными углеводородами 42

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 49

2.1 Характеристика объектов исследования 49

2.2 Методы и способы отбора образцов нефтяных углеводородов, воды (поверхностной и грунтовой), донных отложений

И ПОЧВЫ (грунтов)

2.3 Исследование проб химическими методами 53

2.3.1 Методы оценки загрязнения воды нефтепродуктами 54

2.3.2 Методы определения содержания нефтепродуктов в почвах

и донных отложениях 56

2.3.3 Определение полициклических ароматических углеводородов

в донных отложениях 57

2.3.4 Анализ проб методом газожидкостной хроматографии 61

2.4 Исследование объектов биологическими методами 63

2.4.1 Методы биотестирования 63

2.4.1.1 Методика биотестирования с использованием тест-объекта Daphnia magna Straus 64

2.4.1.2 Определение острой токсичности воды по изменению численности клеток зелёных протококковых водорослей

Scenedesmus quadricauda (Тигр) 65

2.4.2 Методы биоиндикации 65

2.5 Обеспечение достоверности полученных результатов 67 ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МИГРАЦИИ

НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПОЙМАХ РЕК 68

3.1 Исследование самоочищающейся способности почв

при загрязнении нефтяными углеводородами 68

3.2. Исследование техногенных потоков нефтяных углеводородов в натурных условиях

3.3 Изучение формирования вторичных техногенных потоков нефтяных углеводородов в поймах рек на примере натурной модели 103

3.4 Определение токсического действия образцов

нефтяных углеводородов 118

ГЛАВА 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМНОГО МОНИТОРИНГА ПОЙМ РЕК И МЕР ЗАЩИТЫ ГИДРОГРАФИЧЕСКОЙ СЕТИ В ЗОНЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ ПОТОКОВ НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ 121

4.1 Совершенствование системного мониторинга пойм рек

в зоне влияния объектов нефтехимической промышленности 121

4.2 Совершенствование мер защиты гидрографической сети

от залповых выбросов нефтяных углеводородов 124

4.2.1 Исследование разливов нефтяных углеводородов

на территории Республики Башкортостан 124

4.2.2 Разливы нефти в поймах малых рек, принятые в качестве натурных моделей для изучения техногенных потоков

нефтяных углеводородов 126

4.2.3 Разработка способа инженерной защиты гидрографической сети от негативного воздействия залповых экстремальных выбросов нефтяных углеводородов 133

ВЫВОДЫ 140

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ 142

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография; ГЖХ - газожидкостная хроматография; ЗГТС - защитное гидротехническое сооружение; ОС - окружающая среда;

ПАУ - полициклические ароматические углеводороды; УВ - углеводород (углеводороды); ХМС - хромато-масс-спектрометрия; ЧХУ - четырёххлористый углерод.

ВВЕДЕНИЕ

Значительными источниками поступления нефтяных УВ в ОС являются предприятия нефтехимии и нефтепереработки. Как крупные водопотребители [2], они территориально привязаны к речной сети и представляют потенциальную опасность загрязнения гидросферы. Специфическим видом воздействия подобных предприятий на природу является формирование в грунтах промышленных площадок скоплений нефтяных УВ (линз) и их дальнейшая внутрипоч-венная миграция на прилегающие территории - вторичные техногенные потоки [3, с. 354; 4; 5] Данные образования являются объектами экологического ущерба, накопленного вследствие многочисленных разливов сырья и готовой продукции (первичных техногенных потоков) на рельеф местности.

пойм рек в зоне влияния нефтехимических предприятий и разработке мер защиты гидрографической сети от техногенных потоков УВ.

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:

• изучить миграцию и преобразование техногенных потоков нефтяных УВ в речных поймах в зоне влияния объектов нефтехимической промышленности;

• разработать метод инженерной защиты гидрографической сети от техногенных потоков УВ.

Научная новизна работы

2. Установлено, что нефтяные УВ, попадая в пойменную почву, образуют первичные техногенные потоки, для которых характерна и радиальная, и латеральная миграция. Вторичные техногенные потоки нефтяных УВ распространяются преимущественно латерально и разгружаются в водные объекты. Установлены изменения соотношения УВ (С8-С24) в техногенном потоке при радиальной и латеральной внутрипочвенной миграции, позволяющие судить о степени «старения» углеводородного загрязнения.

3. Показано, что при радиальной миграции техногенных потоков в профиле пойменных почв наблюдается эффект хроматографического разделения УВ. Тяжёлые УВ в большей степени сорбируются верхними органогенными горизонтами пойменной почвы. Установлено, что органоминеральные субстраты (почвы и донные отложения) при контакте с нефтяными УВ сорбируют изопренаны (пристан и фитан).

Практическая ценность

Личный вклад автора. 1) Планирование и реализация экспериментов; 2) Отбор и анализ образцов нефтяных УВ, грунтовых и поверхностных вод, донных отложений и почвы; 3) Экоаналитическое сопровождение разливов нефтяных УВ и ликвидации их негативных последствий, анализ и систематизация полученных данных; 4) Сравнительный анализ существующих методов, способов и средств снижения негативного воздействия техногенных потоков нефтяных УВ на гидрографическую сеть; 5) Предложение усовершенствования системы мониторинга природных сред в зоне влияния нефтехимических предприятий в условиях речных пойм посредством закладки шурфов и наблюдательных скважин, обору-

дованных щелевым фильтром от шейки, для оценки качества грунтовых вод и углеводородного слоя над ними, дополнения традиционного перечня контролируемых показателей техногенными ПАУ (бенз(а)пирен и др.), использования хроматографического метода для оценки экологического состояния компонентов природной среды в условиях пойм (донных отложений и аллювиальных почв) и исследования состояния макрозообентосных сообществ на нарушенных участках рек; 6) Разработка метода инженерной защиты гидрографической сети от техногенных потоков нефтяных УВ посредством превентивного возведения ЗГТС с усовершенствованным водопропускным устройством в потенциально опасных

зонах в руслах малых водотоков.

Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты работы доложены и обсуждены на международных и российских научно-технических и практических конференциях, в т.ч. VII Конгрессе нефтега-зопромышленников России, посвященном 75-летию башкирской нефти (г. Уфа, 2007 г.); Межрегиональной научно-практической конференции «Вода для жизни - 2009» (г. Уфа, 2009 г.); Международной межотраслевой конференции, по-свящённой 25-летию Чернобыльской катастрофы «Современная эколого-антропологическая методология изучения и решения проблем здоровья населения» (г. Казань, 2011 г.) и др.

Соавторами публикаций являются научный руководитель (к.т.н. Сафаров A.M.) и коллеги (д.х.н., проф. Сафарова В .И., д.т.н., проф. Миннигазимов Н.С., к.т.н. Шайдулина Г.Ф., к.х.н. Магасумова А.Т., к.х.н. Смирнова Т.П., к.х.н. Хатмуллина P.M., к.т.н. Фатьянова Е.В., к.г.н. Фаухутдинов A.A., Колчина

A.A., Валиева JI.A., Мухаматдинова А.Р.).

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НЕФТЯНЫМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ

(ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

Последнее столетие ознаменовано бурным ростом промышленности, транспорта, энергетики, что привело к резкому повышению уровня жизни. Все это было достигнуто благодаря использованию нефти, которая остается до последнего времени основным источником сырья для получения топлив и продуктов основного органического синтеза [6]. Более половины всех топливно-энергетических и химико-технологических потребностей мира обеспечиваются нефтью и газом. Объём их добычи, потребления и область использования в качестве сырья для производства различной продукции неуклонно растёт [7, с. 238239]. В настоящее время более 80 % всех органических химических продуктов производят из нефти и газа [8, с. 15]. Чем выше индустриальное развитие региона, плотность и уровень жизни населения, тем интенсивнее использование углеводородного сырья [9, с. 11-14]. В ближайшем будущем нефть останется основным мировым энергоносителем [10, с. 14], а развитие мировой нефтехимии будет опережать другие отрасли промышленности [8, с. 15].

1.1 Состав нефти и свойства её основных компонентов

Нефть представляет собой вязкую жидкость со специфическим запахом от светло-янтарного (реже буро-красного) до насыщенного чёрного цвета и является сложной смесью органических и неорганических химических веществ [7, с. 238]. Элементарный состав нефти относительно постоянен и варьируется в пределах 3-4 % по каждому компоненту [И, 12]. Основными составляющими нефти являются углерод (82-87 %) и водород (12-14 %). Часто встречается сера, содержание которой может достигать 6,0 %. Среднее содержание азота и кислорода составляет десятые доли процента, но в отдельных случаях достигает 2,0 % [13, с. 11]. Десятые и сотые доли процента составляют многочисленные микроэлементы - минеральные соли, органические кислоты и т.д. [13, с. 12-13; 14, 15]. В нефтях могут присутствовать до 60 микроэлементов, около половины которых

металлы. Pix суммарное содержание колеблется в среднем от 0,01 до 0,04 % (масс), при этом доминируют: ванадий - ~ 10"3-10"2 %; никель - Ю"3-10"2 %; железо - 10"4-10"3 %; цинк - 10"5-10"3 %; ртуть - ~ 10"5 %; натрий, калий, кальций, магний - 10"3-10"4 %. Основная масса металлсодержащих соединений сосредоточена в смолах и асфальтенах, а углеводородные фракции содержат их в незначительных концентрациях [16; 9, с. 36-40].

В отличие от элементарного углеводородный состав различных типов нефти варьируется в широком диапазоне. В её составе идентифицировано ~ 1000 индивидуальных органических веществ, от простых - метана (СН4) до

очень сложных, таких как порфирины (C90H23N4) [8].

Углеводороды (УВ) являются основными компонентами нефти. Содержание их в различных типах нефти составляет от 30 до 100 % (в газовых конденсатах). В среднем УВ составляют до 70 % общей массы нефти. В состав нефти входят метановые, нафтеновые и ароматические УВ различной молекулярной массы, а также их кислородные, сернистые и азотистые производные [17,18,19].

Нафтеновые УВ (циклопарафиновые УВ, нафтены или циклоалканы) -насыщенные циклические УВ ряда циклопентана и циклогексана с общей формулой СпН2п, а также более сложные полициклические соединения (до 5 циклов в молекуле). Атомы водорода могут быть заменены алкильными группами СН3, С2Н5 и т.п. Обычно нефти содержат 40-70 % циклоалканов. В некоторых нафтеновых нефтях содержание этих УВ может достигать 80 % [13, с. 113]. Нафтены входят в состав всех нефтяных фракций всех типов нефти. Распределение циклоалканов по фракциям нефти примерно равномерно. В бензиновых и керосиновых фракциях обнаружено более 80 индивидуальных нафтенов C5-Ci2, при этом доминируют метилциклогексан, циклогексан и метилциклопентан, на долю которых приходится 30-50 % от общей массы [16].

Асфальтены и смолы - гетероциклические и алифатические УВ из 5-8 циклов. В этих соединениях крупные фрагменты молекул связаны между собой метиленовыми мостиками и гетероатомами S, О, N. Могут содержать функцио-

нальные группы (карбонильную, карбоксильную и меркаптогруппы). Содержание асфальтенов и смол в сырых нефтях может достигать 15 % [16].

Ароматические УВ (арены) - непредельные циклические соединения ряда бензола. Представлены моноциклическими и полициклическими УВ. Общая формула СпН2п-г, причем значение фактора г для них соответственно равно: 6, 12, 18, 24 и 30 [20]. Ароматические соединения обладают повышенной устойчивостью. Их содержание в сырой нефти варьируется в широких пределах 1535 % [13, с. 132]. Полициклические ароматические УВ (ПАУ) с двумя и более ароматическими кольцами содержатся в нефти от 1 до 4 %. В окружающей среде найдено более 200 ПАУ (незамещённые ароматические и алкилзамещённые УВ, азот-, кислород- и серосодержащие соединения) [21, с. 41].

Метановые УВ или алканы (насыщенные УВ, парафины, алифатические соединения) - ациклические УВ линейного (н-алканы) и разветвлённого строения (изоалканы), содержащие только простые связи и образующие гомологический ряд с о

Информация о работе

Галинуров, Ильдус Рафикович
кандидата технических наук
Уфа, 2012
ВАК 03.02.08

Диссертация

Оценка техногенных потоков углеводородов в поймах рек в зоне влияния нефтехимических предприятий - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы