На правах рукописи ЛИНУЖС Андрис СНИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ГРУНТЫ

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
1
Работа выполнена в Государственном образовательном
учреждении высшего профессионального образования
Санкт-Петербургском государственном горном институте
имени Г.В. Плеханова (техническом университете)
Научный руководитель
доктор технических наук, профессор
Пашкевич Мария Анатольевна
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Белоглазов Илья Никитич
кандидат технических наук
Бондарчук Антон Михайлович
Ведущее предприятие:
ООО «Механобр-техника»
Защита диссертации состоится в 15 час. на заседании
диссертационного совета Д 212.224.06 в СанктПетербургском государственном горном институте им.
Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу:
199106,Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., д.2, ауд. №1160.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
Санкт-Петербургского государственного горного института.
Автореферат разослан____________ 2006 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета
д.т.н., профессор
Э.И. БОГУСЛАВСКИЙ
2
Актуальность работы. В настоящее время потери нефти и
неaтепродуктов 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 почвогрунтов, 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 нефтеперегрузочных предприятий, нефтехранилищ или устранения техникотехнологических причин, загрязненные территории на долгие годы
остаются источниками вторичного загрязнения окружающей среды.
Экологическая стратегия освоения месторождений углеводородного сырья, ввода в эксплуатацию новых нефтетранспортных 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 E.H,
Edwards N.T. В трудах этих ученых нашли отражение вопросы тех3
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, нефтешламов).
4
Научная новизна работы:
выявлены зависимости формирования лито- и гидрохимических
ореолов и потоков загрязнения при транспортировке, хранении и
перегрузке минерального 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 (ЛАО), учитывающие вероятность и объем потерь нефтепродуктов в технологических процессах, позволяющие
выявить наиболее 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 поверх5
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 нефтеотходов.
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
нефтеперегрузочного 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
6
производственных объектов, анализе механизмов формирования
нефтезагрязнения гидрогеосферы, обосновании методики проведения лабораторных и полевых исследований загрязнения грунтовых
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 Вентспилского
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.), Международной научнопрактической 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
7
196 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, фильтрационноемкостных свойств грунтов, миграционной способности загрязнителя.
За более чем 40-летний период деятельности морского нефтеперегрузочного 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,
8
ограничивающим 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-хуровнего 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
литохимические 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.
9
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:
C   C эм  С раст ,
(1)
где С эм - концентрация эмульгированных нефтепродуктов, С раст концентрация водорастворимых компонентов (аквабитумоидов).
Установлено, что распространение аквабитумоидов подчиняется
экспоненциальной зависимости (рисунок 5):
C r  C max  e  гвr ,
(2)
где Сr -концентрация загрязняющего вещества, г/л; Cmax –
максимальная концентрация аквабитумоидов в грунтовых водах
(25-30 мг/л); r - расстояние м; ζгв – коэффициент ослабления в грунтовых водах - константа для данного типа загрязнения и грунта.
Значение параметра миграции нефтезагрязнений в грунте и грунтовых водах ξ определяется природной и технической защищенностью почвогрунтов от загрязнения, формой нахождения и составом
углеводородных компонентов загрязнения в грунтовых водах, фильтрационными, сорбционными характеристиками и влагонасыщенностью почвогрунтов.
10
Концентрация аквабитумоидов, мг/л
100.0
Cj =(100±2,1)*exp[-(0,08±7,12*10-4)* r
90.0
80.0
Cj =(100±2,1)*exp[-(0,04±4,22*10-4)* r
70.0
60.0
Cj =(100±2,1)*exp[-(0,032±3,3*10-5)* r
50.0
40.0
Cj =(100±2,1)*exp[-(0,0027±2,68*10-5)* r
30.0
20.0
10.0
Расстояние , м
Рисунок 5 - Миграционные характеристики растворенных НП
Миграция эмульгированных нефтезагрязнений наиболее адекватно описывается степенной зависимостью:
Cr  Cmax  (ar )b ,
(3)
Коэффициент a имеет физическое значение удельного снижения
концентрации на 1 м пути распространения ( мг/кг*м), а показатель
степени b отражает степень нелинейности миграционной способности загрязнения (рисунок 6).
11
20
0
18
0
16
0
14
0
12
0
10
0
80
60
40
20
0
0.0
800.0
Cr = (700,00±37,45) – [(0,377±0,012) ·x]1.53±0.01
Концентрация НП, мг/л
700.0
600.0
500.0
400.0
300.0
200.0
100.0
45
0
40
0
35
0
30
0
25
0
20
0
15
0
50
01
0.
10
0
0.0
Расчет ная крив ая
Эксперимент
Расстояние , м
Рисунок 6 - Пространственная зависимость концентрации эмульгированных НП в грунтовых водах в направлении 7а-10а
Общая масса нефтезагрязнений m, накопленных в зоне техногенного воздействия терминала, складывается из растворенных (m1) и
эмульгированных (m2) углеводородов в загрязненных грунтовых водах; нефтепродуктов в гравитационно свободной фазе, находящихся
в поровом пространстве грунтов, вмещающих нефтяные линзы (m3);
адсорбированных и капиллярно-защемленных продуктов в ненасыщенной (m4) и насыщенной (m5) 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.
12
Таблица 1 - Расчет количества нефтезагрязнений на территории перегрузочного цеха
Местонахождение
нефтезагрязнений
Грунтовые воды
(растворимые)
Грунтовые воды
(эмульгиров.)
Свободные
(в
нефтяных
линзах)
Грунт
(глубина
0-0,75 м)
Грунт
(глубина
1,5-4,5 м )
Всего:
Услов
-ное
обозн
Площадь,
га
Количество
нефтепродуктов,
тонн
Расчетная формула
m1 
S d
i
max n i
C 0i
d max
 exp( kd
~
j)
m1
35
m2
16,6
m3
7,54
m3 
1
d 3S 3 n i
2
m4
22,45
m4 
1

Si d 4 (1  n i ) C 0i )

i
402,86
m5
70,1
m5 
1

S i d 5 (1  n i ) C 0i )

i
12279,24
j 0
i
m2 
S d
i
max n i
i
C 0i
d max
 exp( kd
j 0
~
j)
1,43
8,43
8297,1
20989,05
m
где Si –площадь загрязненных грунтовых вод с концентрацией C0i
~
на уровне зеркала ГВ, k =(0,5-1) - коэффициент уменьшения загрязненности ГВ по глубине, 1/м ; dj - глубина ГВ, отсчитанная от
уровня зеркала, n – пористость водовмещающих пород, ρ- плотность
грунта, d4- толщина нефтезагрязненных приповерхностных отложений в ненасыщенной зоне, d5 - толщина нефтезагрязненного грунта в
насыщенной зоне на уровне капиллярной канвы, зависящая от величины колебаний уровня грунтовых вод.
13
2. Ранжирование технологических процессов по степени экологической опасности и выявление объектов для первоочередной санации должно производиться методом логического анализа ошибок (ЛАО), позволяющего систематизировать факторы
возникновения разливов нефтепродуктов при их транспортировке, хранении и перегрузке.
Для оценки вероятности возникновения аварийных и технологических 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 системнологические 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 погрузочно-разгрузочных работах на железнодорожной эстакаде, а
14
также на насосных технологических станциях открытого типа вследствие технологических утечек нефти.
Таблица 2 - Вероятность загрязнения окружающей среды
Вероятность,
Ранг
Событие
Р
Утечка нефтепродуктов на железнодо1
0,0800
рожной эстакаде
Утечка нефтепродуктов на технологиче2
0,0350
ской насосной станции закрытого типа
Разлив нефтепродуктов на площадке хра3
0,0060
нения
4
Засорение акватории (нафта)
0,0049
5
Засорение акватории (бензин)
0,0004
6
Засорение акватории (дизтопливо)
0,0003
Утечка нефтепродуктов на технологиче7
0,0001
ской насосной станции открытого типа
8
Разлив нефтепродуктов на манифолдах
0,0003
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 затемв откачке загрязненных грунтовых вод с их последующей
очисткой на поверхности, аэрацией 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 0,52м/сут., времени фильтрации поллютанта до уровня грунтовых вод
1-10 дней).
15
По результатам моделирования выявлены зоны максимального
загрязнения почвогрунтов и вод: площадка ЖДЭ (расчетное время
самоочищения tc>68 лет), резервуарные площадки (tc =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
(sк): бензин (sк менее 1 мм2/сек), керосин (sк =1,25-4 мм2/сек), следы
дизтоплива (sк =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
16
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 горизонте достигается оптимизацией расстояния между колодцами. Поскольку эффективная жизнеспособность нефтеусваивающих микроорганизмов tмо в условиях подземных вод данного климатического региона составляет порядка 2 месяцев, необходимое
расстояние между скважинами величиной Δrскв выбирается в соответствии с выражением :
rскв  t мо  v гп ,
(4)
где tмо время жизнеспособности нефтеусваивающих микроорганизмов (сутки), vгп - 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 Вентспилском 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 - тор17
фом, опилками и другими материалами с развитой поверхностью.
Физиологический баланс обеспечивается внесением минеральных
удобрений в соотношении 3-8 N: 1-2 P: 1-2 K: 0,01 - 0,02 Mg. Аэрация достигается путем подачи воздуха через скважину 2 модуля санации. Эффективным субстратом – носителем для микроорганизмов
является торф, поэтому торфование загрязненных почв в окрестности нефтяной линзы позволяет ускорить процессы естественной деструкции нефтезагрязнений при инфильтрационном питании грунтовых 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.
18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация представляет собой законченную научноисследовательскую 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 tc 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 НП 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
4
3
( Р  3  10  5  10 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,
19
аэрации загрязненной зоны и гидравлической промывке грунта микробиологически обогащенными водами.
5. Экономический эффект от внедрения комплекса средозащитные 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 нефтеотходов для производства композитного топлива // Материалы
VIII Международной научно – практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны». – Пенза, 2005г.
с.8486.
3.Linuzs A., Janisova L. Jaunas utilizacijas tehnologijas kompozita kurinama razosanai no naftas atkritumiem, “Energija un Pasaule” Riga,
2005г., №1, c.6870.
20