Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Снижение техногенной нагрузки на грунты при транспортировке и хранении нефтепродуктов на основе использования комплекса физико-химических и микробиологических технологий

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Снижение техногенной нагрузки на грунты при транспортировке и хранении нефтепродуктов на основе использования комплекса физико-химических и микробиологических технологий"

На правах рукописи

ЛИНУЖС Андрис

СНИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ГРУНТЫ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ И ХРАНЕНИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЛЕКСА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреяадении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Пашкевич Мария Анатольевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Белоглазое Илья Никитич,

кандидат технических наук

Бондарчук Антон Михайлович

Ведущее предприятие - ООО «Мехнобр-техника».

Защита диссертации состоится 20 декабря 2006 г. в 15 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 20 ноября 2006 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ /^^У/^ОЩ^^— диссертационного совета ^^

д.т.н., профессор Э.И.БОГУСЛАВСКИЙ

Актуальность работы. В настоящее время потери нефти и неатепродуктов в Российской Федерации при добыче, транспортировке, хранении и переработке составляют 5 млн.т в год. В этой связи загрязнение компонентов природной среды нефтью и нефтепродуктами (НП) стало одной из важнейших экологических проблем России.

Локальные аварийные и многолетние технологические утечки, систематические разливы нефтепродуктов на территории нефтехранилищ и транспортно-перегрузочных комплексов негативно воздействуют на все звенья экологической цепи: почвенный слой, поверхностные и подземные воды, геологическую среду. Особая опасность нефтяного загрязнения связана с тем, что при загрязнении почвог-рунтов, химические соединения попадают в мобильные сферы -„атмосферу и гидросферу, в которых мигрируют на большие расстояния, что приводит к формированию атмо- лито- и гидрохимических ореолов. Даже после прекращения эксплуатации нефтеперегрузоч-ных предприятий, нефтехранилищ или устранения технико-технологических причин, загрязненные территории на долгие годы остаются источниками вторичного загрязнения окружающей среды.

Экологическая стратегия освоения месторождений углеводородного сырья, ввода в эксплуатацию новых нефтетранспортньщ магистралей и терминалов не может не учитывать накопленный опыт хранения и транспортировки нефтепродуктов. Наибольшим, на сегодняшний день, практическим опытом транспортировки нефти и нефтепродуктов по Балтийскому морю обладает Вентспилская нефте-транспортная система, которая с 1961 по 2001 являлась единственным предприятием подобного профиля в Балтийском регионе.

Проблемы экологической безопасности при добыче и транспортировке нефти и нефтепродуктов привлекали и привлекают большое внимание ученых разных стран ввиду своей актуальности. Значительный вклад в разработку различных направлений, связанных с нефтезагрязнением различных сред, внесли такие ученые, как Патин С.А., Пиковский Ю.И., Глазовская М.А., Исмаилов Н.М., Хазиев Ф.Х., Калачников И.Г., Миронов О.Г., Бачурин Б.А., Одинцова Т.А., Минигазимов Н.С., Бикбулатов Э.С, Adlard E.R., Hubbard Е.Н, Edwards N.T. В трудах этих ученых нашли отражение вопросы тех-

3 ____.

ГрсОЯ'иИОИАЛЫиЯ

I " БИБЛИОТЕКА I С.-Петербург

I 0 3 200kajHj>OjLi

ногенеза в районах нефтедобычи, а также на стадиях транспортировки и хранения энергоносителей. Вместе с тем, предшествующими работами далеко не исчерпан круг проблем, касающихся экологической безопасности транспортировки энергоносителей, в частности, оценки риска загрязнения окружающей среды отдельными элементами технологических систем транспортно-перегрузочных комплексов, а так же разработки комплексных мероприятий по санации загрязненных территорий, переработке и утилизации нефтеотходов, образующихся при добыче, транспортировке и хранении энергетических полезных ископаемых.

Цель работы: снижение техногенной нагрузки на природную среду при транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов за счёт внедрения комплекса средозащитных технологий.

Задачи исследования:

• выявление механизма формирования ореолов нефтяного загрязнения почв, зоны аэрации и грунтовых вод, исследование кинетики миграции техногенных линз плавающих нефтепродуктов;

• оценка интенсивности миграции нефтезагрязнений в гидросфере и геологической среде, исследование процессов самоочищения пород зоны аэрации и грунтовых вод;

• риск-анализ техногенного воздействия производственных объектов по транспортировке и хранению полезных ископаемых методом логического анализа ошибок (ЛАО), систематизация факторов возникновения разливов нефтепродуктов в технологических процессах;

• обоснование основных стадий рациональной технологии очистки почвогрунтов и вод с утилизацией образующихся при этом нефтеотходов;

• оценка эколого-экономической эффективности применения предложенного комплекса методов санации и биоремедиации загрязненных территорий.

Идея работы: для снижения техногенной нагрузки использовать комплекс физико-химических и биодеграционных технологий санации грунтовых вод и пород зоны аэрации с утилизацией образующихся при этом различных нефтеотходов (сточных вод, нефтешла-мов).

Научная новизна работы: выявлены зависимости формирования лито- и гидрохимических ореолов и потоков загрязнения при транспортировке, хранении и перегрузке минерал! hoi о сырья в зависимости от уровня природной и технической защищенности приповерхностных отложений и грунтовых вод, типа и времени нахождения загрязняющих компонентов в природных водах, почвах и зоне аэрации, миграционной способности загрязнителя;

- установлены закономерности риска негативного воздействия на почвогрунты и грунтовые воды нефтеперегрузочного комплекса по всей технологической цепочке, базирующиеся на методе логического анализа ошибок (J1AO), учитывающие вероятность и объем потерь нефтепродуктов в технологических процессах, позволяющие выявить наибюлее экологически опасные технологические операции и участки.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Многолетнее функционирование Вентспилского комплекса по хранению, перегрузке и транспортировке минерального сырья привело к формированию литохимического ореола загрязнения нефтепродуктами площадью 70 га, гидрогеохимического ореола загрязнения площадью 35 га с пространственным распределением концентраций нефтезагрязнений в приповерхностных отложениях и грунтовых водах по экспоненциальному или степенному закону, параметры которого зависят от химической формы нахождения загрязняющих компонентов, фильтрационно-емкостных свойств грунтов, миграционной способности загрязнителя.

2. Ранжирование технологических процессов по степени экологической опасности и выявление объектов для первоочередной санации должно производиться методом логического анализа ошибок (ЛАО), позволяющим систематизировать факторы возникновения разливов нефтепродуктов при их транспортировке, хранении и перегрузке.

3. Снижение экологической опасности Вентспилского комплекса может достигаться санацией территории на месте (in situ) с помощью поэтапной технологии, заключающейся изначально в откачке свободного нефтепродукта из нефтяных линз, а затем - в откачке загрязненных грунтовых вод с их последующей очисткой на поверх-

ности, аэрацией загрязненной зоны и гидравлической промывкой грунта микробиологически обогащенными водами.

Методика исследования. В качестве основных методов исследования применялись:

• системно-структурный анализ зоны воздействия нефтепродуктов на природную среду;

• аналитические, экспериментальные и гидрогеохимические работы в лабораторных и полевых условиях;

• системный анализ многолетних статистических данных об аварийных ситуациях и отказах технологического оборудования;

• методы математической статистики, аналогового и численного моделирования;

• экспериментальные исследования и опытно-промышленные испытания технологии санации грунтовых вод и утилизации нефте-отходов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается значительным объёмом фактического материала, использованием современных методов математического анализа и компьютерного моделировании, сходимостью полученных результатов с исследованиями других авторов, а также положительным опытом практического использования разработок.

Практическая значимость работы:

• выполнена оценка экологических рисков для всех технологических процессов и оборудования на территории Вентспилского неф-теперегрузочного портового комплекса;

• разработана комплексная целевая программа гидрогеоэкологических исследований и технико-инженерных мероприятий, направленных на поэтапное снижение уровня нефтяного загрязнения подземных вод и его экологической опасности;

• проведено технико-экономическое обоснование внедрения безотходных природоохранных технологий для минимизации количества нефтеотходов путем их утилизации.

Личный вклад автора работы заключается в постановке цели, задач и разработке методологии исследования, в личном участии в проведении полевых исследований загрязненных почв и грунтовых вод, анализе рисков техногенного воздействия нефтетранспортных

производственных объектов, анализе механизмов формирования нефтезагрязнения гидрогеосферы, обосновании методики проведения лабораторных и полевых исследований загрязнения грунтовые вод, обобщении и систематизации результатов лабораторных и опытно-промышленных испытаний технологии санации грунтовых вод, обосновании и разработке оптимальной технологии санации грунтовых вод, проведении опытно-промышленных испытаний разработанной технологии санации и обезвреживания нефтезагрязнений гидрогеосферы.

Реализация работы:

• на основе анализа экологических рисков разработана и осуществляется научно обоснованная программа первоочередных мер по улучшению экологической ситуации на предприятии;

• в результате внедрения предложенных мероприятий по санации гидрогеосферы в период с 1998 года по 2006 год на территории предприятия максимальная мощность линзы плавающих нефтепродуктов в зоне железнодорожной эстакады снизилась в 2-3 раза, площадь линз уменьшилась более чем в 5 раз, масса нефтепродуктов в грунтовых водах уменьшилась в 10 раз;

• разработанные технико-экономические предложения по комплексной утилизации нефтеотходов приняты за основу задания на проектирование технологии обезвреживания нефтеотходов, образующихся в процессе производственной деятельности Вентспилско-го нефтетранспортного комплекса.

Апробация работы: содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных конференциях молодых ученых и студентов СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение» (СПб, 2003-2006 г.г.)5 Международной научно-практической конференции «Новые технологии в металлургии, химии, обогащении и металлургии» (СПб, 2004), VIII Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2005).

Публикации. По теме работы опубликованы в открытой печати 4 печатных труда.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит

206 страниц машинописного текста, 63 рисунка, 41 таблиц, 2 приложения и список литературы из 105 наименований.

Автор искренне благодарен проф. М.А.Пашкевич за научное руководство работой и проф. Ю.В.Шувалову за ценные научные консультации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Многолетнее функционирование Вентспилского комплекса по хранению перегрузке и транспортировке минерального сырья привело к формированию литохимического ореола загрязнения нефтепродуктами площадью 70 га, гидрогеохимического ореола загрязнения площадью 35 га с пространственным распределением концентраций нефтезагрязнений в приповерхностных отложениях и грунтовых водах по экспоненциальному или степенному закону, параметры которого зависят от формы нахождения загрязняющих компонентов, фильтрационно-емкостных свойств грунтов, миграционной способности загрязнителя.

За более чем 40-летний период деятельности морского нефтепе-регрузочного комплекса «Вентспилс нафта» производственная территория подверглась значительным техногенным нагрузкам, обусловленным ежегодными потерями нефти и нефтепродуктов (НП) до 17 тыс .т., что привело к формированию высококонтрастных лито- и гидрохимических ореолов загрязнения.

Проведение комплексной экологической экспертизы района техногенного воздействия терминала (бурение, опробование, химический анализ образцов почвогрунтов и грунтовых вод) позволило выявить, что в верхних горизонтах почвогрунтов происходит в основном просачивание (нисходящая фильтрация) легких фракций НП, которые насыщают поровое пространство зоны аэрации. Одновременно с фильтрацией в зоне аэрации действуют такие процессы как испарение и окисление компонентов нефтезагрязнений, а также сорбция углеводородов органической и минеральной матрицей почвы. Наиболее интенсивно накопление нефтезагрязнений происходит на геохимических барьерах, в роли которых выступают гумусовый слой почвы и глинистые пылеватые фракции минеральной матрицы почв. Зеркало грунтовых вод (ГВ) является естественным барьером,

О! раничивающим распространение нефтепродуктов по глубине литосферы. что обуславливает формирование на зеркале ГВ нефтяных линз Наиболее мощная нефтяная линза сформировалась в зоне железнодорожной эстакады (ЖДЭ) перегрузочного цеха (рисунок 1).

Геоэкологические исследования химического состава почв на различных участках портовой территории проводились путем 2-х-уровнего опробования (на глубине 0,5 м и 1,5-3,0 м) (рисунки 2 и 3).

Приповерхностные отложения на глубине 0,5 м на участке железнодорожной эстакады загрязнены по сравнению с фоновыми показателями на площади свыше 18 га, при этом коэффициент контрастности в эпицентре загрязнения достигает значения 50 единиц. Основными формами нахождения углеводородов являются: сорбированная минеральной и органической матрицей почвогрунтов и капиллярно-защемленная.

На глубине 1,5 - 3,0 м сформировался литохимический ореол загрязнения нефтепродуктами площадью 70 га. Коэффициент контрастности загрязнения на участке площадью 7,2 га в районе железнодорожной эстакады превышает 75 единиц. Основной механизм формирования литохимического ореола - сорбирование поллютанта из подземных вод грунтами зоны аэрации. Преимущественное направление миграции нефтезагрязнений определяется ориентацией гидродинамического потока грунтовых вод. Наиболее контрастные лито-химические аномалии, сформировавшиеся в зоне аэрации на уровне колебаний грунтовых вод и капиллярной канвы, приурочены к нефтяным линзам, а также к участкам с повышенными сорбционными характеристиками почвогрунтов (увеличение содержания пылеватых и глинистых фракций и гуминовых кислот).

Систематическое и долговременное загрязнение почвогрунтов и вод поверхностного стока в процессе транспортировки, перегрузки и хранения нефти и нефтепродуктов на территории Венспилского терминала привело к значительному загрязнению подземных вод, индикатором максимальной степени которого является появление слоя плавающих нефтепродуктов (СПНП) мощностью 0,05-3 м, представленных преимущественно легкими фракциями (бензин, керосин, дизельное топливо), которые обладают в грунтах наибольшей проникающей способностью.

Наличие очагов загрязнения в виде СПНП привело к формированию гидрогеохимического ореола площадью 35га, эпицентром которого является зона железнодорожной эстакады (рисунок 4). Влияние нефтепродуктов, депонированных в почвогрунтах на количество и состав нефтезагрязнения грунтовых вод обусловлено их вымыванием инфильтрационными потоками, питающими подземные воды в данном регионе. В эпицентре загрязнения концентрация нефтепродуктов в грунтовых водах превышает 600 мг/л, снижаясь на периферии ореола до 5 мг/л.

Проведенные исследования позволили установить, что общая концентрация нефтезагрязнения в ГВ этой зоны складывается из двух составляющих:

с£ = сяи+сл>ет, (1)

где Сэм - концентрация эмульгированных нефтепродуктов, Сраст -

концентрация водорастворимых компонентов (аквабитумоидов)у

Установлено, что распространение аквабитумоидов подчиняется экспоненциальной зависимости (рисунок 5):

(2)

где Сг -концентрация загрязняющего вещества, г/л; Стах -максимальная концентрация аквабитумоидов в грунтовых водах (25-30 мг/л); г - расстояние м; ¿*гв - коэффициент ослабления в грунтовых водах - константа для данного типа загрязнения и грунта.

Значение параметра миграции нефтезагрязнений в грунте и грунтовых водах £ определяется природной и технической защищенностью почвогрунтов от загрязнения, формой нахождения и составом углеводородных компонентов загрязнения в грунтовых водах, фильтрационными, сорбционными характеристиками и влагонасы-щенностью почвогрунтов.

Рисунок 1 - Нефтяная линза (СПНП) в зоне железнодорожной эстакады (ЖДЭ) перегрузочного цеха

Рисунок 3 - Карта загрязнения грунта НП на глубине 1,5 - 3,0 м

Рисунок 2 - Карта загрязнения грунта НП на глубине 0,5 м

Рисунок 4 - Концентрация НП в ГВ

ш

2

100.0 90.0

80.0 70.0 60.0 50.0 40.0

от

ш СО ОС X

I 30.0 1 20.0 § 10.0

0.0

- - - --Л- Су =(100±2,1)*ехр[-(0,0§±7,12* Ш*4)* Г

Л / ......................... — . _ --------- ..-уЛ 1

Су =(100±2,1)*ехр[-(0,04ь4,22* 10"4)* г

'Л X /

=(100±2л)*ехр[<0,032а3,3* 10"5)* г

щ /у ^-(ЮО^ЯО^ехрКО^ООгТ^бЗ^Ю'5)^

\ ,

\ V / % Ч А / , , ,, ■

\ * «^ж

_ ^ ...р._________|..........^.........^„.а^

О

£ # ^ ^ ^

Расстояние, м

Рисунок 5 - Миграционные характеристики растворенных НП

Миграция эмульгированных нефтезагрязнений наиболее адекватно описывается степенной зависимостью:

Сг=СтйХ-{аг)ь, (3)

Коэффициент а имеет физическое значение удельного снижения концентрации на 1 м пути распространения ( мг/кг*м)> а показатель степени Ъ отражает степень нелинейности миграционной способности загрязнения (рисунок 6).

Рисунок 6 - Пространственная зависимость концентрации эмульгированных НП в грунтовых водах в направлении 7а-10а

Общая масса нефтезагрязнений т, накопленных в зоне техногенного воздействия терминала, складывается из растворенных (ш0 и эмульгированных (ш2) углеводородов в загрязненных грунтовых водах; нефтепродуктов в гравитационно свободной фазе, находящихся в поровом пространстве грунтов, вмещающих нефтяные линзы (ш3); адсорбированных и капиллярно-защемленных продуктов в ненасыщенной (гщ) и насыщенной (ш5) зонах грунта (таблица 1).

Таким образом, общее количество нефтезагрязнений, депонированных в различных средах на территории перегрузочного цеха Вентспилского терминала превышает 20000 тонн, при этом основной вклад составляют сорбированные и капиллярно-защемленные углеводороды в периодически обводняемой зоне аэрации и в гравитационно-свободной форме в нефтяных линзах на зеркале грунтовых вод, причем основное загрязнение природных вод нефтепродуктами обусловлено систематическими потерями нефтепродуктов при транспортировке, хранении, перегрузке на территории нефтетерминала, которые больше, чем на порядок, превышают объем потерь, связанных с чрезвычайными ситуациями.

Таблица 1 - Расчет количества нефтезагрязнений на территории не-

регрузочного цеха

Местонахождение нефтезагрязнений Условное обозн Площадь, га Расчетная формула Количество нефтепродуктов, тонн

Грунтовые воды (растворимые) П1! 35 ™ 1 = £ Мтак *Со! 2 ехр( -к<1 1,43

Грунтовые воды (эмульги-ров.) Ш'1 16,6 т 2 = Е М™* хС0! ехр( -к(13) 8,43

Свободные (в нефтяных линзах) т3 7,54 тз = » 8297,1

Грунт (глубина 0-0,75 м) 1И4 22,45 1 ж—, т4 = — У в4<14(1 - п 5 ) хС 0{) Р 1 402,86

Грунт (глубина 1,5-4,5 м) га5 70,1 т 5 = -У - П})хС01) р ^а 12279,24

Всего: т 20989,05

где 5/ -площадь загрязненных грунтовых вод с концентрацией Со,-

на уровне зеркала ГВ, к =(0,5-1) - коэффициент уменьшения загрязненности ГВ по глубине, 1/м ; 4 - глубина ГВ, отсчитанная от уровня зеркала, п - пористость водовмещающих пород, р- плотность грунта, с14- толщина нефтезагрязненных приповерхностных отложений в ненасыщенной зоне, - толщина нефтезагрязненного грунта в насыщенной зоне на уровне капиллярной канвы, зависящая от величины колебаний уровня грунтовых вод.

2. Ранжирование гехнологических процессов ио степени экологическом опасности и выявление объектов для первоочередной санации должно производиться методом логического анализа ошибок (ДАО), дозволяющего систематизировать факторы возникновения разливов нефтепродуктов при их транспора и ровке, хранении и перегрузке.

Для оценки вероятности возникновения аварийных и технологи ■ ческих разливов предлагается использовать метод логического анализа ошибок (ЛАО), преимуществом которого является выявление системно-логических цепочек, предпосылок и источников сбоев в работе, которые могут привести к авариям. В основе метода лежит построение «дерева событий» (ДС), приводящих к нежелательным последствиям, оценка вероятности элементарных и последующих событий, выявление минимальных траекторий событий, которые представляют собой критические события, с наибольшей вероятностью приводящие к загрязнению среды. В результате проведенного анализа данных о причинах и последствиях загрязнений территории нефтетерминала, построены соответствующие ДС наиболее уязвимых зон промплощадки, позволившие выявить основные функциональные связи и количественные характеристики вероятности разливов и утечек нефтепродуктов. Вероятности основных событий оценивались исходя из реальных данных опыта многолетней эксплуатации Вентспилского нефтетерминала.

Анализ диаграммы ЛАО (рисунок 7) позволил выявить минимальные траектории событий, приводящие к аварии.

Ранжированные вероятности разливов в перегрузочном цехе, на причалах и молах приведены в таблице 2.

Исследование вероятности загрязнения окружающей среды, вызванного разливами нефти и нефтепродуктов, проведенное методом логического анализа ошибок (ЛАО), позволило выявить системно-логические цепочки неблагоприятных событий, предпосылок и источников сбоев в работе, которые могут привести к авариям. Наибольшую вероятность имеют загрязнения окружающей среды при аварийных и технологических разливах нефти в процессе погру-зочно-разгрузочных работах на железнодорожной эстакаде, а также

М: Утечка нефтепродуктов на ЖДЭ

Р(М)1=0,08

1 1

В: Утечка в операциях С: Утечка в операциях D: Утечка в операциях

налива маневров слива

Р(В) = 1 • 10"3 Р(С) =110 -3 P(D) = 7,8 • 10'2

С6: надзор операций маневров

Р(С6) = 0,1

^^несогласован] действия

P(Ci) - 0,024

Рисунок 7 - Вероятность разлива нефтепродуктов на ЖДЭ

на насосных технологических станциях открытого типа вследствие технологических утечек нефти.

Таблица 2 - Вероятность загрязнения окружающей среды

Ранг Событие Вероятность, Р

1 Утечка нефтепродуктов на железнодорожной эстакаде 0,0800

2 Утечка нефтепродуктов на технологической насосной станции закрытого типа 0,0350

3 Разлив нефтепродуктов на площадке хранения 0,0060

4 Засорение акватории (нафта) 0,0049

5 Засорение акватории (бензин) 0,0004

6 Засорение акватории (дизтопливо) 0,0003

7 Утечка нефтепродуктов на технологической насосной станции открытого типа 0,0001

8 Разлив нефтепродуктов на манифолдах 0,0003

3. Снижение экологический опасности Вентспилского комплекса может достигаться санацией территории на месте (in situ) с помощью поэтапной технологии заключающейся изначально в откачке свободного нефтепродукта из нефтяных линз, а затем-в откачке загрязненных грунтовых вод с их последующей очи-сткои на поверхности аэрациеи загрязненной зоны и гидравлической промывкой грунта микробиологически обогащенными водами.

Анализ данных мониторинга почвогрунтов и подземных вод позволил оценить защищенность грунтовых вод, определить скорость фронта распространения загрязнений, и рассчитать суммарный коэффициент скорости самоочищения.

По классификации В.М. Гольдберга грунтовые воды на территории нефтетерминала относятся к категории слабозащищенных (при мощности зоны аэрации (1-5м), коэффициенте фильтрации 0,5-2м/сут., времени фильтрации поллютанта до уровня грунтовых вод 1-10 дней).

По результатам моделирования выявлены зоны максимального загрязнения почвогрунтов и вод: площадка ЖДЭ (расчетное время самоочищения tc>6$ лет), резервуарные площадки (4=10-28 лет).

Мониторинговые исследования зон максимального загрязнения, включающие определение состава и возраста загрязняющих нефтепродуктов, отобранных из наблюдательных и технологических скважин, позволили установить основные компоненты углеводородов в нефтяных линзах и их коэффициент кинематической вязкости (sK): бензин (sK менее 1 мм2/сек), керосин (sK =1,25-4 мм2/сек), следы дизтоплива (sK =1,5-6 мм2/сек). Возраст нефтепродуктов, превышающий 20 лет, доказывает низкую способность самоочищения в анаэробных условиях нефтяной линзы. Выбор схемы санации проведен на основании стратегии, учитывающей свойства вмещающих пород и загрязнителя (рисунок 8).

Для ликвидации загрязнений подобного рода разработана комплексная технологическая схема без выемки грунта in situ, в которой последовательно или одновременно применяются гидродинамический и биологический методы очистки среды, что позволяет:

• извлечь плавающие нефтепродукты в ореолах техногенных линз с последующей сепарацией и утилизацией нефтепродуктов;

• произвести откачку загрязненных грунтовых вод с последующей флотационной очисткой на поверхности, обогащением минеральными добавками и нефтеразлагающими микроорганизмами с последующей закачкой обратно в пласт;

• снизить остаточное загрязнение в грунтах до приемлемых норм с помощью методов ускорения биодеструкции углеводородов - аэрации с применением воздушных смесей и внесением биопрепарата.

Нефтепродукты удаляют из депрессионной воронки дискретно по мере их накопления, под контролем датчика уровня. Время включения насоса зависит от дебита скважины, коэффициента фильтрации околоскажинного пространства и производительности водоподъемного электронасоса.

Откаченные загрязненные воды отводятся в наземные очистные сооружения, а очищенные закачиваются обратно в горизонт через водопоглощающие скважины, что позволяет осуществить локализацию и ликвидацию зон загрязнения грунтовых вод нефтепродуктами

Рисунок 8 - Стратегия выбора метода санации (К,- коэффициент фильтрации, м/с)

при сохранении геодинамического равновесия грунтового массива. Число необходимых циклов оборота подземных вод для полной очистки определяется экспериментально, так как процесс очистки является многофакторным.

Повышение эффективности микробиологической очистки в водоносном гори юнте достигается оптимизацией расстояния между колодцами Поскольку эффективная жизнеспособность нефтеусваи-вающих микроорганизмов 1М0 в условиях подземных вод данного климатического региона составляет порядка 2 месяцев, необходимое расстояние между скважинами величиной Агскв выбирается в соот-ве гс гвии с выражением;:

=*мо (4)

где 1М0 время жизнеспособности нефтеусваивающих микроорганизмов (сутки), угп - скорость потока грунтовых вод (м/сутки).

Нефтепродукты, полученные в результате откачивания из нефтяных линз, предлагается отводить в специальную общую коллекторную систему для централизованной очистки и дальнейшего использования. Наиболее целесообразно вторичное использование нефтепродуктов для производства композитных топливных смесей на основе нефтяных отходов, угольной пыли и торфяного геля, являющихся отходами при транспортировке угля, торфа и нефти в Вентс-пилском порту. Полученное таким образом искуственное топливо по своим энергетическим параметрам близко к мазуту, превосходя его по экологическим и реологическим параметрам, является конкурентоспособным с другими видами энергоносителей.

Утилизация остаточного загрязнения в грунтах до приемлемого уровня осуществляется методами биодеструкции углеводородов. Экологическая чистота санации достигается использованием аборигенной культуры без интродукции посторонних видов. Из природного сообщества методом селекции, в проточном хемостатном режиме или методом периодического культивирования, выделяется наиболее активная компонента. Рабочий объем культуры нарабатывается на микробиологических грядках. Защита нефтяных деструкторов от паразитирующих видов обеспечивается пористым носителем - тор-

фом, опилками и другими материалами с развитой поверхностью. Физиологический баланс обеспечивается внесением минеральных удобрений в соотношении 3-8 М: 1-2 Р: 1-2 К 0,01 0,02 Аэрация достигается путем подачи воздуха через скважину 2 модуля са нации. Эффективным субстратом - носителем для микроорганизмов является торф, поэтому торфование загрязненных почв в окрестности нефтяной линзы позволяет ускорить процессы естественной деструкции нефтезагрязнений при инфильтрационном пита ¡ии ¡рун товых вод.

В результате внедрения разработанной технологии за 5-ти летний период откачано значительное количество нефтепродуктов с зеркала грунтовых вод, ореол наличия слоя плавающих свободных нефтепродуктов существенно сократился.

Применение предложенного способа санации способствовало очистке горизонта подземных вод от гравитационно-подвижных нефтепродуктов в количестве 7360 тонн. При отсутствии новых поступлений углеводородов и продолжении работ по санации планируется ликвидация подвижной части загрязнения в течение 2 лет. Оставшиеся в грунтах нефтепродукты будут находиться в малоподвижном сорбированном состоянии, постепенно подвергаясь испарению и биоразложению.

Внедрение предложенного способа санации приведет к ежегодному снижению суммарных штрафных выплат предприятия с 500 тыс. долл. США до 50 тыс., что позволит увеличить среднегодовую прибыль предприятия на 2,5%. Кроме этого, получен экономический эффект от реализации искусственного топлива, составляющий 1000 тыс. долл. США.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-исследовательскую работу, в которой содержится новое решение актуальной научно-производственной задачи: оценки негативного воздействия Вентспилского транспортно-погрузочного комплекса на компоненты природной среды и разработки технологии поэтапной очистки загрязненных почвогрунтов и подземных вод..

Основные научные и практические выводы:

1. На основе многолетних натурных наблюдений за состоянием природных вод и приповерхностных отложений установлены закономерности формирования техногенных ореолов и потоков в районе воздействия Вентспилского транспортно-перегрузочного комплекса, позволяющие выделить основные факторы его негативного воздействия, определить объемы нефтезагрязнения в грунтовых водах и почвогрунтах.

2. На основании проведенных ландшафтно-геохимических исследований определены состав (бензин, керосин, дизтопливо) и возраст (свыше 20лет) загрязняющих нефтепродуктов, а также параметры самоочищения почвогрунтов (расчетное время самоочищения /с в эпицентре загрязнения свыше 60 лет), характеризующие крайне ^низкую буферную способность почвогрунтов и необходимость разработки мероприятий по восстановлению их защитной способности.

3. Методом логического анализа ошибок (ЛАО) выявлены системно-логические цепочки, предпосылки и источники сбоев в работе, которые могут привести к ЧС, определены количественные характеристики вероятности аварийных и технологических разливов нефти, звенья технологического процесса ранжированы по степени опасности загрязнения среды: утечка НИ на эстакаде (Р = 8-10~2), утечка НП на насосной станции (Р = 3,5 -10"2), разлив НП на площадке хранения (Р = 6-10~3), засорение акватории ( /> = 3. ю~4 -г 5-Ю-3 для различных типов НП).

4. Разработана и научно обоснована рациональная технология санации почв, пород зоны аэрации, грунтовых вод, заключающаяся в откачке свободного нефтепродукта из нефтяных линз, затем загрязненных грунтовых вод с последующей очисткой на поверхности,

аэрации загрязненной зоны и гидравлической промывке грунта микробиологически обогащенными водами.

5. Экономический эффект от внедрения комплекса средозащит-ные мероприятий обуславливается повышением среднегодовой прибыли предприятия на 2,5% за счет десятикратного снижения штрафных экологических выплат, а также реализации искусственного топлива на сумму 1млн. долл. США.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Линужс А. Мониторинг качества грунтовых вод на территории Вентспилского транспортноперегрузочного комплекса//Записки Горного института, том 165 «Новые технологии в металлургии, химии, обогащении и экологии». СПб.: СПГГИ(ТУ), 2005. с.117119.

2. Линужс А. Использование новых технологий утилизации неф-теотходов для производства композитного топлива // Материалы VIII Международной научно - практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны». - Пенза, 2005г. с.8486.

3.LÜ1UZS A., Janisova L. Jaunas utilizacijas tehnologijas kompozita ku-rinama razosanai no naftas atkritumiem, "Energija un Pasaule" Riga,

2005r., №l5c.6870.

РИЦ С ГИТ И. 14.11.2006. 3.479. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

МШ-

Р 2 5 О 7 2

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Линужс Андрис

Актуальность работы.

ГЛАВА 1. Современные проблемы техногенеза при транспортировке и хранении нефтепродуктов.

1.1. Оценка техногенного воздействия предприятия по транспортировке и хранению нефтепродуктов на компоненты природной среды.

1.2. Характеристика Вентспилского нефтяного транспортно-перегрузочного комплекса.

1.3. Анализ источников загрязнения окружающей среды.

ГЛАВА 2. Исследование воздействия многолетнего функционирования Вентспилского транспортно-погрузочного комплекса на природную среду

2.1. Воздействие транспортно-перегрузочного узла на атмосферу.

2.2. Воздействие Вентспилского транспортно-перегрузочного комплекса на приповерхностные отложения.

2.3. Воздействие ТПУ на поверхностные и подземные воды.

2.4. Расчет количества нефтезагрязнений на территории. перегрузочного цеха.

ГЛАВА 3 Оценка экологической опасности воздействия ТПУ на природную среду.

3.1. Эколого-геохимические свойства компонентов нефти.

3.2. Метаморфизация компонентов нефтезагрязнения.

3.3. Анализ защищенности подземных вод.

3.4. Оценка возможностей самоочищения среды.

3.5. Исследование состава и возраста загрязнений.

ГЛАВА 4 Разработка рациональной технологии санации. загрязненных территорий.

4.1. Откачка гравитационно-свободных нефтепродуктов.

4.2 Практические результаты санации нефтяной линзы в районе железнодорожной эстакады.

4.3 Технико-экономический анализ возможностей утилизации нефтеотходов, образующихся в технологических процессах транспортировки нефти и нефтепродуктов.

4.4. Очистка грунтов от остаточного нефтезагрязнения.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Снижение техногенной нагрузки на грунты при транспортировке и хранении нефтепродуктов на основе использования комплекса физико-химических и микробиологических технологий"

Актуальность работы

В настоящее время при транспортировке, хранении и перегрузке полезных ископаемых в бассейн Балтийского моря ежегодно поступает до 600 тыс. т нефти и нефтепродуктов /24/ . Ввод в строй новых нефтепере-валочных портов на побережье Балтийского моря на о. Высоцке и бухта Батарейная (Ленинградская область) приводит к усугублению экологической ситуации. В то же время в регионе Балтийского моря постоянно растут экологические требования к безопасности морской транспортировки энергоносителей. Так, в апреле 2004 года Международная морская организация (ММО) приняла решение о придании Балтийскому морю статуса особо уязвимого морского района, что существенно повышает требования к экологической безопасности как танкерных перевозок, так и деятельности на территории порта.

Наибольшим на сегодняшний день практическим опытом транспортировки нефти и нефтепродуктов по Балтийскому морю обладает у Вентспилс-кая нефтетранспортная система, поскольку с 1961 по 2001 год АО «Вентс-пилс нафта» являлось единственным предприятием подобного профиля в Балтийском регионе. Анализ практической деятельности порта и экологических проблем, появляющихся в процессе длительной эксплуатации подобных транспортных систем, представляют несомненный научный и практический интерес.

Интенсивное использование морских терминалов для транспортировки нефти и нефтепродуктов в Вентспилском морском порту, ориентированное на получение максимальной экономической выгоды, привело к тому, что к началу 90-х годов прошлого века состояние окружающей среды на большей части территории порта создало серьезные экологические проблемы, что обуславливает необходимость выявления потенциальных источников загряз-нения окружающей среды и всестороннего исследования ее состояния и изменения в результате техногенных нагрузок.

Для адекватных решений по эксплуатации и дальнейшему развитию портового комплекса необходимо выявление наиболее опасных ореолов на его территории, разработка методов снижения техногенных нагрузок на природную среду на основе анализа информации, получаемой в результате мониторинга, целевых натурных исследований и моделирования текущей и будущей экологической ситуации.

Результаты проведенных гидрогеоэкологических исследований химического состава почв и грунтовых вод в различных участках портовой терри-тории свидетельствуют о том, что в процессе мноолетнего функциониро-вания портового комплекса происходит загрязнение и трансформация всех компонентов окружающей среды. Техногенное воздействие обусловливает формирование четко выраженных геохимических полей, в пределах которых выделяются локальные участки с высокими концентрациями (часто значи-тельно превышающими гигиенические и экологические нормативы) различных поллютантов. Особая опасность химического загрязнения связана с тем, что химические соединения попадают в мобильные сферы - атмосферу и гидросферу, в которых мигрируют на большие расстояния.

Вышесказанное обуславливает необходимость проведения всестороннего эколого-экономического анализа состояния окружающей среды в морском порту г.Вентспилса с целью ликвидации неблагоприятных последствий эксплуатации терминала, а также планирования важнейших аспектов развития отрасли на базе новых более экологически безопасных технологий.

Проблемы экологической безопасности при добыче и транспортировке нефти и нефтепродуктов привлекали и привлекают большое внимание ученых разных стран ввиду своей актуальности. Значительный вклад в разработ-ку различных направлений, связанных с нефтезагрязнением различных сред внесли такие ученые, как Патин С.А., Пиковский Ю.И.,

Глазовская М.А., Исмаилов Н.М., Хазиев Ф.Х., Калачников И.Г., Миронов О.Г., Бачурин Б.А., Одинцова Т.А., Adlard E.R., Hubbard Е.Н, Edwards N.T. В трудах этих уче-ных, нашли отражение вопросы техногенеза в районах нефтедобычи, а также на стадиях транспортировки и хранения энергоносителей . В работах Минигазимова Н.С., Патина С.А., Бикбулатова Э.С. рассмотрены вопросы нефтезагрязнения подземных и поверхностных вод. Вместе с тем, пред-шествующими работами далеко не исчерпан круг проблем, касающихся экологической безопасности транспортировки энергоносителей, особенно на стадии их хранения и перегрузки на морских терминалах. До настоящего времени наиболее актуальной и соответственно изучаемой проблемой техно-генного воздействия нефтеперевозок являлась проблема загрязнения атмо-сферного воздуха и морской акватории. Однако в результате ужесточения морского экологического законодательства, технического усовершенство-вания резервуаров хранения и устройств для улавливания нефтяных паров при операциях слива-налива наблюдается поэтапное снижение загрязнения морской акватории и эмиссии паров нефтепродуктов в атмосферу.

Следующей по значимости проблемой техногенного воздействия транспортировки нефти и нефтепродуктов морским путем, причем менее изу-ченной, является проблема загрязнения поверхностного стока. Она трудно решается техническими средствами и мало разработана в методическом отношении. С проблемой загрязнения вод поверхностного стока неразрывно связана проблема загрязнения геологической среды и подземных вод. В сис-теме техногенного воздействия поверхностный сток играет интегрирующую роль: с одной стороны аккумулируя загрязняющие вещества, поступающие из атмосферы и в результате разливов нефтепродуктов, а с другой- роль «проводника» загрязняющих веществ в геологическую среду и подземные воды. Актуальность проблемы мониторинга загрязнения геологической среды и подземных вод нефтепродуктами обуславливается еще и ужесто-чением экологических требований к состоянию подземных вод и геологи-ческой среды районов расположения предприятий, связанных с переработ-кой и транспортировкой нефтепродуктов: нефтебаз, НПЗ, нефтяных терминалах и т.д. На всех этих объектах систематическое и долговременное загрязнение поверхностного стока, геологической среды часто сопро-вождается формированием на уровне грунтовых вод техногенных линз неф-тепродуктов, представленных преимущественно лёгкими фракциями (бензин, керосин, дизельное топливо).

Анализ проведенных ранее работ (Бачурин Б.А., Быков В.Н., Оборин A.A., Шестов И.Н., Одинцова Т.А.) показал, что ряд аспектов проблем загряз-нения гидросферы в пределах площадок хранения и перегрузки нефтепро-дуктов недостаточно изучен. Недостаточно исследованы такие важные воп-росы, как анализ вероятности загрязнения окружающей среды отдельными элементами технологических систем транспортно-перегрузочных комплексов, их количественная оценка, основанная на реальных практических данных, полученных в процессе длительной эксплуатации транспортно-погрузочных комплексов. Слабо освещены закономерности фильтрации неф-тезагрязнений и их последующей миграции с потоком подземных вод к местам разгрузки. Отсутствуют оценки скорости распространения загрязнений и возможностей самоочищения загрязненных reo- и гидросфер, не разработаны комплексные подходы к борьбе с нефтяным загрязнением. Особую актуаль-ность имеет также разработка рекомендаций по санации загрязненных терри-торий, переработка и утилизация нефтеотходов, образующихся в ходе осуществления технологических процессов перегрузки, хранения нефти и нефтепродуктов.

Цель работы - снижение техногенной нагрузки на природную среду при транспортировке и хранении полезных ископаемых на основе внедрения комплекса технологических решений, направленных на санацию грунтовых вод и зоны аэрации, а также утилизацию нефтесодержащих отходов.

Идея работы заключается в использовании комплекса физико-химических технологий для санации грунтовых вод и зоны аэрации и утилизации различных нефтеотходов (сточных вод, нефтешламов).

Задачи исследования:

• Анализ воздействия нефтеперегрузочного комплекса на компоненты природной среды: подземные и подповерхностные воды, атмосферный воздух, почвы, биоту.

• Формирование банка данных показателей состояния подземных вод в зоне техногенного воздействия.

• Выявление механизма формирования ореолов нефтяного загрязнения почвы, зоны аэрации и грунтовых вод. Составление экологических карт загрязнения территории предприятия, картирование техногенных линз плавающих нефтепродуктов изучение техногенного загрязнения водо-носных горизонтов нефтепродуктами.

• Анализ операций технологического процесса с точки зрения вероятностей загрязнения окружающей среды методом логического анализа ошибок (ЛАО), систематизация факторов возникновения разливов неф-тепродуктов в технологических процессах.

• Изучение характеристик зоны аэрации и их влияния на защищенность грунтовых вод. Определение неоднородности фильтрующих свойств территории в формировании и распространении нефтяного загрязнения на основе полевых и лабораторных работ, включая опытные откачки в системе наблюдательных скважин.

• Оценка фильтрационных свойств пород зоны аэрации и защищенности грунтовых вод.

• Оценка интенсивности миграции нефтезагрязнения в гидросфере и гео-логической среде, изучение возможностей самоочищения почвогрун-тов и грунтовых вод, определение времени самоочищения.

• Анализ свободной фазы загрязнений в нефтяных линзах, определение возраста и характеристик плавающих нефтепродуктов.

• Оценка эффективности применения методов санации и биоремедиации загрязненных территорий, обоснование основных стадий рациональной технологии очистки и утилизации нефтезагрязнений.

Научная новизна работы:

- выявлены закономерности формирования атмо-, лито- и гидрохимических ореолов и потоков загрязнения в районе воздействия технологических процессов при транспортировке, хранении и перегрузке нефти и нефте-продуктов в зависимости от уровня природной и технической защищенности компонентов природной среды, типа и времени нахождения загряз-няющих компонентов, миграционной способности загрязнителя;

- предложен системный подход к оценке негативного воздействия нефтезагрязнений на территории нефте-перегрузочного комплекса по всей технологической цепочке, базирующийся на методе логического анализа ошибок (ЛАО), позволяющем систематизировать факторы возникновения разливов нефтепродуктов в технологических процессах и выявить наибо-лее экологически опасные технологические операции и участки;

- предложен методологический подход к разработке мероприятий по реабилитации грунтовых вод и грунта загрязненных территорий, учитывающий оценку вязкости загрязнителя, его способности к биодеструкции, фильтрационные характеристики зоны аэрации и способность ландшафта к самоочищению.

Основные защищаемые положения:

1. Многолетнее функционирование портового комплекса для хранения, перегрузки и транспортировки нефти и нефтепродуктов приводит к формированию лито- и гидрогеохимических ореолов и гидрогеохимических потоков загрязнений. При этом пространственное распределение концентраций нефтезагрязнений в грунте происходит по экспоненциальному закону, как для вертикальной фильтрации компонентов, так и для их радиального распространения. Параметры экспоненциаль-ного распределения зависят от фракционного состава нефтепродуктов, фильтрационно-емкостных свойств грунтов и внешних погодно-клима-тических факторов.

2. Метод логического анализа ошибок (JIAO) позволяет систематизировать факторы возникновения разливов нефтепродуктов при их транспортировке, хранении и перегрузке, провести ранжирование технологических процессов по степени экологической опасности и выявить объекты для первоочередных природоохранных мероприятий.

3. Загрязнение гидросферы в районе воздействия Вентспилского портового комплекса обусловлено образованием техногенных линз плавающих нефтепродуктов на зеркале грунтовых вод в местах крупных аварийных или частых технологических разливов, с последующей миграцией растворимых и диспергированных нефтепродуктов с естественными потоками грунтовых вод в направлении максимальных значений градиента уровня грунтовых вод (нормально к линиям гидроизогипс).

4. Высокие фильтрационные свойства (песок, гранитный песок) водосо-держащих пород и малая вязкость свободного нефтепродукта в нефтяных линзах (бензин, керосин, дизтопливо) позволяют осуществить санацию на месте (in situ) с помощью поэтапной технологии, заключающейся изначально в откачке свободного нефтепродукта из нефтяных линз, а затем- в откачке загрязненных грунтовых вод с их последующей очисткой на поверхности, аэрацией загрязненной зоны и гидравлической промывкой грунта микробиологически обогащенными водами.

Методы исследования

В качестве основных методов исследования применялись:

- системно-структурный анализ зоны воздействия нефтепродуктов на природную среду;

- аналитические, экспериментальные и геогидрохимические работы в лабораторных и полевых условиях;

- системный анализ многолетних статистических данных об аварийных ситуациях и отказах технологического оборудования;

- методы математической статистики, аналогового и численного моделирования;

- экспериментальные исследования и опытно-промышленные испытания технологии санации грунтовых вод и утилизации нефтеотходов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием значительного объема исходных материалов и применением современных методов анализа. Полученные результаты подтверждены ком-плексом лабораторных и натурных экспериментов, сходимостью экспериментальных данных с теоретическими представлениями изучаемых процессов. Приведенные в работе аналитические и экспериментальные результаты хорошо согласуются с новейшими данными, опубликованными другими авторами.

Практическая значимость работы

- Выполнена оценка экологических рисков для всех технологических процессов и оборудования на территории Вентспилского нефтеперегрузоч-ного портового комплекса. Разработана и осуществляется научно-обоснованная программа первоочередных мер по улучшению экологической ситуации на предприятии.

- Разработана комплексная целевая программа гидрогеоэкологических исследований и технико-инженерных мероприятий, направленных на поэтапное снижение уровня нефтяного загрязнения подземных вод и его экологической опасности.

- Проведено технико-экономическое обоснование развития безотходных природоохранных технологий, в соответствии с которыми минимизируется количество нефтеотходов или проводится их утилизация.

- Произведена оценка степени загрязнения грунтов нефтепродуктами и выявлены направления потоков разгрузки грунтовых вод, загрязняемых инфильтрационными потоками питания.

Личный вклад автора

Автор самостоятельно осуществил:

- постановку цели, формулировку задач и разработку методики исследований;

- анализ экономических рисков технологических процессов и основного оборудования на природную среду;

- анализ механизмов формирования нефтезагрязнения гидрогеосферы;

- обоснование методики проведения лабораторных и полевых исследований загрязнения грунтовых вод;

- обобщение и систематизацию результатов лабораторных и опытно-промышленных испытаний технологии санации грунтовых вод;

- технико-экономический анализ возможных технологий утилизации нефтеотходов, образующихся в технологических процессах транспортировки нефти и нефтепродуктов.

Автор принял участие в осуществлении:

- полевых исследований в зоне влияния нефтезагрязнений грунтовых вод,

- разработке целевых программ по улучшению экологической обстановки на территории Вентспилского нефтяного терминала,

- обоснования и разработки оптимальной технологии санации грунтовых вод,

- опытно-промышленных испытаний разработанной технологии санации и обезвреживания нефтезагрязнений гидрогеосферы .

Реализация работы

- На основе анализа экологических рисков разработана и осуществляется научно-обоснованная программа перевоочередных мер по улучшению экологической ситуации на предприятии.

- В результате проведенных работ по санации гидрогеосферы в период с 1998 годо по 2003 год на территории терминала максимальная мощность линзы плавающих нефтепродуктов в наиболее загрязненных ореолах территории (в зоне железнодорожной эстакады) снизилась с 2,5-3,0 м до 1,3 м, площадь линз уменьшилась с 68 115 м2 до 17 900 м2, количество нефтепродуктов уменьшилось с 8145,5 до 785,3 тонн, произошло существенно снижение общей площади загрязненных гидро- и литохимических ореолов.

- Разработанные технико-экономические предложения по комплексной утилизации нефтеотходов приняты за основу задания на проектирование технологии обезвреживания нефтеотходов, образующихся в процессе производственной деятельности предприятия.

Аппробация работы

Основные положения работы докладывались, обсуждались и были одобрены на международных, российских и иного уровня научных, научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах.

Публикации

По теме работы опубликованы в открытой печати 3 печатных труда.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 150 страниц машинописного текста, 20 рисунков, 25 таблиц и список литературы из 116 наименований, приложение со схемой сети наблюдательных и технологических колодцев.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Линужс Андрис

Выводы к главе 4

1. Рациональные методы и средства санации нефтезагрязненных территорий, к которым относятся : очистка на месте (in situ) - метод гидравлической промывки, микробиологические методы, методы термического выпаривания, обычная вентиляция и очистка ex situ, необходимо разрабатывать для каждого конкретного случая на основе оценки вязкости загрязнителя, способности его к биодеструкции и фильтрационных характеристик грунтов загрязненной территории.

2. Высокие фильтрационные свойства (песок, гранитный песок) водо-содержащих пород и малая вязкость свободного нефтепродукта в нефтяных линзах (бензин, керосин, дизтопливо) позволяют осуществить санацию in situ с помощью поэтапной технологии: 1-й этап-откачка свободного нефтепродукта из нефтяных линз,2-й этап- откачка загрязненных грунтовых вод с из последующей очисткой на поверхности, аэрацией загрязненной зоны и гидравлической промывкой грунта микробиологически обогащенными водами.

3. Остаточное загрязнение в грунтах до приемлемых норм можно снизить с помощью методов ускорения биодеструкции углеводородов-аэрации с применением различных воздушных смесей и внесением биопрепарата, повышения температуры водоносных слоев.

4. В результате проведенных работ по санации гидрогеосферы в период с 1998 годо по 2003 год на территории Вентспилского терминала максимальная мощность линзы плавающих нефтепродуктов в наиболее загрязненных ореолах территории (в зоне железнодорожной эстакады) снизилась с 2,5-3,0 м до 1,3 м, площадь линз уменьшилась с 68115 м А до 17900 м, количество нефтепродуктов уменьшилось с 8145,5 до 785,3 тонн, произошло существенно снижение общей площади загрязненных гидро- и литохимических ореолов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-исследовательскую работу, к которой содержится новое решение актуальной научно-производственной задачи: оценки негативного воздействия транспортно-погрузочного комплекса терминала «Вентспилс нафта» на компоненты при-родной среды и разработки технологии поэтапной очистки загрязненных гидро- и литосферы. Основные научные и практические выводы:

1. На основе многолетних натурных наблюдений за состоянием природных вод и приповерхностных отложений установлены закономерности формирования техногенных ореолов и потоков в районе воздействия транспортно-перегрузочного комплекса терминала, позволяющие выделить основные факторы его негативного воздействия. Определены объемы нефтезагрязнения в грунтовых водах и почвогрунтах.

2. На основании проведенных ландшафтно-геохимических исследований определены экспоненциальные закономерности распределения концентраций углеводородных соединений нефтезагрязнения в зависимости от природной и технической защищенности компонентов природной среды, формы нахождения загрязняющих компонентов в почвогрунтах и грунтовых водах, миграционной способности загрязнителя.

3. Методом логического анализа ошибок (ЛАО) выявлены системно-логические цепочки, предпосылки и источники сбоев в работе, которые могут привести к авариям, определены количественные характеристики вероятности нефтяных аварийных и технологических разливов нефти, звенья технологического процесса ранжированы по степени опасности загрязнения среды.

4. Исследована защищенность грунтовых вод на территории терминала, установлено, что показало, что практически вся территория терминала набирает по шкале В.М.Гольдберга менее 5 баллов и относится к категории слабозащищенной. Время фильтрации загрязнений до уровня грунтовых вод колеблется от 1 до 10 дней. Выявлено, что в местах наиболее вероятных разливов нефти (в зоне железнодорожной эстакады) буферная способность почвогрунтов полностью исчерпана и необходима разработка мероприятий по восстановлению защитной способности зоны аэрации.

5. Расчитано время и скорость самоочищения среды в зоне действия нефтяной линзы расположенной в районе железнодорожной эстакады, которое составляет около 68,5 лет. Скорость самоочищения а на остальной территории перегрузочного цеха колеблется в пределах 0,0001-0,00034, а время самоочищения грунтовых вод в случае исключения их дальнейшего загрязнения составляет от 8 до 27,4 лет, что существенно ниже, чем в зоне непосредственного влияния нефтяной линзы ЖДЭ. Очевидно, что необходима санация территории, направленная на ликвидацию очага загрязнения в виде нефтяной линзы гравитационно-свободных нефтепродуктов.

6. В результате проведенных работ по санации гидрогеосферы в период с 1998 годо по 2003 год на территории предприятия максимальная мощность линзы плавающих нефтепродуктов в наиболее загрязненных ореолах территории ( в зоне железнодорожной эстакады) снизилась с 2,5-3,0 м до 1,3 м, площадь линз уменьшилась с 68115 м2 до 17900 м2, количество нефтепродуктов уменьшилось с 8145,5 до 785,3 тонн, произошло существенно снижение общей площади загрязненных гидро- и литохимических ореолов.

7. Установлено, что наиболее эффективной технологией утилизации нефтепродуктов, полученных в результате санации, является их использование для производства рабочего искусственного композитного топлива (ИКТ) с удельной теплотой сгорания до 5000ккал/кг.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Линужс Андрис, Санкт-Петербург

1. Алексеева Т.П., Бурмистрова Т.Н., Терещенко H.H. Перспективы использования торфа для очистки нефтезагрязненных почв, Биотехнология №1,2000

2. Андрианова А.О. Гидрогеологические аспекты оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) при проектировании промышленных площадок.- Сб.тр.Центра Практической Геоэкологии// Под ред.В .В .Панькова, С.М.Орлова-М.:ЦПГ,1996,108 с.

3. Бачурин Б. А, Авербух Л.М., Одинцова ТА. Особенности нефтезагрязнения природных геосистем Западной Сибири //Горные науки на рубеже XXI века: Материалы Междуна-родной конференции. Екатеринбург: УрО РАН, 1998, с.400-408

4. Бачурин Б.А. Идентификация нефтяной составляющей органического загрязнения гидросферы // Водные ресурсы, геологическая среда и полезные ископаемые Южного Урала. Оренбург: ОГУ, 2000, с. 143153

5. Белоусова.- "Качество подземных вод. Современные подходы к оценке"

6. Блинев И.Г., Герасимов В.В., Коршак A.A., Новоселов В.Ф., Седелев Ю.А. Перспективные методы сокращения потерь нефтепродуктов от испарения в резервуарах. М:ЦНИИТЭнефтехим. 1990

7. Ю.Блинев И.Г., Герасимов В.В., Коршак A.A., Новоселов В.Ф., Седелев Ю.А. Перспективные методы сокращения потерь нефтепродуктов от испарения в резервуарах. М:ЦНИИТЭнефтехим. 1990 (Тем. обзор)

8. В.В. Орленок, О.И. Рябкова, Т.В. Шаплыгина Масштабы и причины нефтемазутного загрязнения морского побережья Балтийского моря

9. Материалы XXI Международной береговой конференции «Прибрежная зона моря : морфолитодинамика и геоэкология», 2004, Калининград.

10. Геохимия окружающей среды / Сает Ю. Е., Ревич Б. А., Янин Е. П. и др. М: Недра, 1990.335с.

11. Глазовская М.А. Способность окружающей среды к самоочищению//Природа. 1979.№3.

12. Глебовская E.H. Применение ИК-спектроскопии в нефтяной геохимии. Л., 1971.- 140 с.

13. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1987.1 б.Голъдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. Л., 1987. 248 с.

14. Голъдберг В.М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М., 1984. 262 с.

15. Голъдберг В.М., Скворцов Н.П., Лукьянчикова Л.Г. Подземное захоронение промышленных сточных вод. М., 1994. 282 с.

16. Горлов В.Д., Лозановская И.Н. Биолого-экологические критерии рекультивации земель и их эффективность, Почвоведение №10,1984

17. Инструкция по идентификации источника загрязнения водного объекта нефтью.- Минприроды РФ, 02 августа 1994г.

18. Исмаилов Н.М., Паковский Ю.Ш. Биодинамика загрязненных нефтью почв // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. Л., 1985.

19. Кабелкайте Ю.А.- Экологические проблемы и международное сотрудничествов регионе Балтийского моря

20. Кавнев Г.М., Моряков Н.С., Загвоздкин В.К., Ходякова В.А. Охрана воздушного бассейна на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии в связи с переходом на новые экономические методы управления. М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1989. (Тем. обзор).

21. Кавнев Г.М., Моряков Н.С., Загвоздкин В.К., Ходякова В.А. Охранана воздушного бассейна на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии в связи с переходом на новые экономические методы управления. М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1989.

22. Киреева H.A. Микробиологические процессы в нефтезагрязненных почвах, Уфа, 1999

23. Кончакова А.И., Маринов H.A., Чернявская К. А., и др. Гидрогеологические исследования за рубежом.- М.:Недра, 1982.-428с.

24. Коршак A.A., Блинов И.Г., Новоселов В.Ф. Системы улавливания легких фракций нефти и нефтепродуктов из резервуаров: Учебное пособие. Уфа.:Изд. Уфим. нефт. институра. 1991

25. Крайнов С.Р., Швец В.М. Геохимия подземных вод хозяйственно-питьевого назначения. М.: Недра, 1987. 237 с.

26. ЗА. Ломакин Е.А., Мироненко В.А., Шестаков В.М. Численное моделирование геофильтрации. М., 1988. 288 с. Лукнер Л., Шестаков В.М. Моделирование миграции подземных вод. М., 1986. 207 с.

27. Методические рекомендации по геохимическому изучению загрязнения подземных вод / С.Р. Крайнов, В.П. Закутин, В.Н. Кладовщиков и др. М., 1990. 106 с.

28. Методы геохимического моделирования и прогнозирования в гидрогеологии ¡С.Р. Крайнов, Ю.В. Шваров, Д.В. Гричук и dp. М., 1988. 254 с.

29. Минигазимов Н.С. Охрана и региональное использование водных ресурсов в нефтяной промышленности: Автореф.дисс.д-ра техн.наук, Екатеринбург, 2000,48 с.

30. Мироненко В.А. Петров Н.С. Загрязнение подземных вод углеводородами// Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология.- 1995.-№1, С.27-33.

31. Мироненко В.А., Румынии В.Г. "Проблемы гидрогеоэкологии", Том 2."Опытно-миграционные исследования".

32. Н.А. Черемисин.- Физические основы повышения эффективности разработки гранулярных коллекторов.- Труды школы-семинара «Физика нефтяного пласта», 20-24 мая, 2002 г, Тюмень.

33. Основные свойства нормируемых в водах органических соединений /Отв.ред. М.М. Сенявин, Б.Ф. Мясоедов. М., 1987.

34. Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа.-М.:Изд-во ВНИРО, 2001.- 245 с.

35. Патин С.А. Экологические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов морского шельфа.- М.:Изд-во ВНИРО, 1997.- 346 с.

36. Пашкевич М.А. Оценка воздействия техногенных массивов на природную среду в горно-промышленных регионах.-Докт.диссертация., Санкт-Петербург, 2000г

37. Петров A.A., Арефьев O.A. Биомаркеры и геохимия процессов нефтеобразования//Геохимия. 1990. № 5. С. 704-714

38. Пиковский Ю. И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. М.: Изд-во МГУ, 1993. 208 с.

39. Пиковский Ю.И. Трансформация техногенных потоков нефти в почвенных экосистемах. М., 1988

40. Пиковский Ю.И. Экспериментальные исследования трансформации нефти в почвах // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. JI., 1985.

41. Пиковский Ю.И., Солнцева Н.П. Геохимическая трансформация дерново-подзолистых почв под влиянием потока нефти // Техногенный поток веществ в ландшафтах и состояние экосистем. М., 1981.

42. Прохоренко Ф.Ф., Андреева Г.А. Герметизированная система хранения испаряющихся нефтепродуктов в резервуарах и защита окружающей среды. М.: ЦНИИТЭнсфтехим. 1991. (Тем. обзор).

43. Решетов И.К., Петик В. А., Прогноз поступления растворенныхнефтепродуктов в грунтовый водоносный горизонт с использованием величины инфильтрационного питания

44. Самосова С.М., Филипчикова В.М. Изыскание путей стимуляции биодеградации нефти в почве. Микробиологические методы борьбы с загрязнением окружающей среды. Тез. докл. Пущино, 1999

45. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию. М.: Высшая школа, 1994. 400 с.

46. Терещенко Н.Н.,.Лушников С.В,.Пышьева Е.В. Рекультивация нефтезагрязненных почв.-Материалы конференции « Экология и промышленность России», октябрь 2002г.

47. Транспорт и хранение нефтепродуктов .// Научно-технический информационный сборник. М: 1997.

48. Трофимов С.С., Таранов С.А. Особенности почвообразования в техногенных экосистемах. Почвоведение, 1987

49. Унифицированные методы исследования качества вод. М., СЭВ, 4.1. 1987, с.359-388.

50. Федеральный справочник "Топливно-энергетический комплекс России". "Родина-Про", 1999

51. Федеральный справочник "Топливно-энергетический комплекс России". "Родина-Про", 1999.

52. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. М.: Протектор, 1995. 624 с.

53. Шварц А.А. Экологическая гидрогеология: Учебное пособие .- СПб.: Изд-во С.-Петербургского университета, 1996,- 60 с.

54. Другов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. Практическое руководство. С.-П., 2000,193с.

55. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель. М., 1995.

56. Середин В.В. Санация территорий, загрязненных нефтью и нефтепродуктами // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2000, №6, с.525-540.

57. Adlard E.R. A Review of the Methods for the Identification of Persistent Hydrocarbon Pollutans on Sias and Beaches// Journal of the Institute of Petroleum, 1972, vol.58, N 560, p.63-74.

58. Aleksans O., Gobins J., Semjonovs I. Incukalns-petejumi sanacijai.// Pazemes udenu aizsardziba. Riga, 1997,1.401-425.

59. Alexeeva T.P., Tereshchenko N.N., Perfilieva V.D. Peat as the perspective material for améliorant obtaining for the oil polluted soils. Materials of First Russian SETAC Symposium "Risk assessment for environmental contamination", St.Petersburg, 1998

60. Atskaite par 1998 g. apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens naftas produktu piesarnojuma kontrole magistralo caurulvadu trases "A","B" un "С" rajona. "Balt-Ost-Geo", Riga, 1998,1.28.

61. Atskaite par 1998 g. objekta apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens naftas piesarnojuma kontrole A.S. "Ventspils nafta" teritorija. "Balt-Ost-Geo", Riga, 1998,1.40.

62. Atskaite par 1999 g. apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens naftas produktu piesarnojuma kontrole A.S. "Ventspils nafta" teritorija, magistralo caurulvadu trase un vedes karjera. "Balt-Ost-Geo", Riga, 1999,1.76.

63. Atskaite par 2000 g. pavasara apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens naftas produktu piesarnojuma kontrole A.S. "Ventspils nafta" parliesanas ceha teritorija. "Balt-Ost-Geo", Riga, 2000,1.27.

64. Atskaite par 2000 g. pavasara apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens naftas produktu piesarnojuma kontrole magistralo caurulvadu trases "A","B" un "С" rajona. "Balt-Ost-Geo", Riga, 2000,1.25.

65. Atskaite par 2000 g. rudens apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens naftas produktu piesarnojuma kontrole A.S. "Ventspils nafta" parliesanas ceha teritorija. "Balt-Ost-Geo", Riga, 2000,1.28.

66. Atskaite par 2000 g. rudens apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens naftas produktu piesarnojuma kontrole magistralo caurulvadu trases "A","B" un "C" rajona. "Balt-Ost-Geo", Riga, 2000,1.29.

67. Atskaite par 2001 g. objekta pavasara apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens piesarnojuma ar naftas produktiem kontrole A.S. "Ventspils nafta" parliesanas ceha teritorija. "Balt-Ost-Geo", Riga, 2001,1.32.

68. Atskaite par 2001 g. objekta rudens apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens piesarnojuma ar naftas produktiem kontrole A.S. "Ventspils nafta" parliesanas ceha teritorija. "Balt-Ost-Geo", Riga, 2001,1.36.

69. Atskaite par 2002 g. apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens piesarnojuma ar naftas produktiem kontrole. Parkrausanas ceha teritorija, Magistralo caurulvadu trase, Vedes karjera. "Vides sistemas", Riga, 2002.

70. Atskaite par grunts un gruntsudens piesarnojuma inventorizaciju A.S. "Ventspils nafta" naftas produktu parkrausanas ceha teritorija. "VentEko", Ventspils, 1998,1.30.

71. Atskaite par objekta 2001 g. pavasara apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens piesarnojuma ar naftas produktiem kontrole magistralo caurulvadu trases "A","B" un "C" rajona. "Balt-Ost-Geo", Riga, 2001,1.29.

72. Atskaite par objekta 2001 g. rudens apsekosanas rezultatiem.// Gruntudens piesarnojuma ar naftas produktiem kontrole magistralo caurulvadu trases "A","B" un "C" rajona. "Balt-Ost-Geo", Riga, 2001,1.30.

73. Beurteilung und Behandlung von Mineralolschadenstaller im Himblick auf den Grundwasserschutz. Berlin: Herausgegeben vom Umweltbundesamt, Juni 1990. LTWS N24.

74. Bulich A.A., Greena M.W., Underwood S.R. Measurement of soil and sediment toxicity to bioluminescent bacteria in direct contact a fixed time period. Water Environment Federation, 65th Annual Conference&Exposition, 1992., pp. 53-63

75. Doff W. Stelof M. Snierung cines kontaminirten bodens Bacterieller abbau von disolf. Forsch actnell. v.6. № 24-26,1989

76. Donina I., Semjonovs I. Preventivas pazemes udenu aizsardzibas metodes.// Pazemes udenu aizsardziba. Riga, 1997,1.185-198.

77. Edwards N.T. Policyclik aromatic hydrocarbons (PAH"s) in the terrestrial environment areview// J. of Environmental anality. 1983, vol.12, N 4, p.427-441.

78. Federal Emergency Management Agency, US Department of Transportation, US Environmental Protection Agency "Handbook of Chemical Hazard Analisis Procedures", Washington.

79. J.Prols. "Iespejamie normativi augsnes piesarnojuma novertejumam", Priekslikums par augsnes piesarnejuma normativiem, RIGA, 1996.

80. Konoshonoka L. Piesarnojuma avotu apzinashana Latvija.// Pazemes udenu aizsardziba. Riga, 1997,1.204-218.

81. Larionovs J. Lokala pazemes udenu piesarnojuma izpete.// Pazemes udenu aizsardziba. Riga, 1997,1.379-394.

82. Levins I., Prols J. Pazemes udenu piesarnejuma izpetes metodika Latvija// Pazemes udenu aizsardziba. Riga, 1997,1.135-151.

83. Levins I., Prols J., Semjonovs I. Pazemes udenu piesarnojuma izpete Olaine.// Pazemes udenu aizsardziba. Riga, 1997,1.425-435.

84. Linuzs A., Janisova L. Jaunas utilizacijas tehnologijas kompozlta kurinama razosanai no naftas atkritumiem .- Energija un pasaule, 2005, N1,1.68-70

85. Modellhafte Sanierung von Altlasten Fachubergreifende Auswertung der Ergebnisse.FuE-Vorhaben 1490900, Fortschrittsbericht, Bundesminesterium fur Forschung und Technologie Umweltbundesamt, 1993.

86. Pazemes udenu aizsardziba Latvija», Riga, 1997,465 c

87. Semjonovs I. Grunts un gruntsudenu attirishana (sanacija)// Pazemes udenu aizsardziba. Riga, 1997,1.92-96.

88. Semjonovs I. Piesarnoshanas un pasattirishanas procesi pazemes udenos Latvija. "Zinatne", Riga, 1995.

89. Semjonovs I. Regionalas planoshanas hidrogeologiskie aspekti.// Pazemes udenu aizsardziba. Riga, 1997,1.255-286.

90. Skolmeistare R. Vidi piesarnojuma vielas.// Pazemes udenu aizsardziba. Riga, 1997,1.370-378.

91. U.S.-EPA. Remediation Technologies Screening Matrix and Reference Guide. 1993.

92. Valtere S. Grunts un gruntsudenu sanacija bijushas PSRS rakeshu baze.// Pazemes udenu aizsardziba. Riga, 1997,1.436-441.