Проблема загрязнения воды

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время, развитие нефтегазового комплекса, одного из локомотивов экономики России, происходит стремительными темпами. Среди регионов, где осуществляется нефтегазодобыча, можно назвать Западную Сибирь, Поволжье, Северо-Западный регион, Сахалин. Крупные объекты нефтегазового комплекса - магистральные трубопроводы, нефтеперерабатывающие комбинаты, морские терминалы, располагаются практически во всех экономических районах России. Для поддержания и развития отрасли в производственном отношении осуществляются такие общие задачи как поиск, разведка нефтяных месторождений, добыча нефти, ее переработка, транспортировка трубопроводным, автомобильным, железнодорожным и водным транспортом с перевалкой (погрузо-разгрузочными работами), бункеровкой (заправкой), хранением, а также реализацией нефти и нефтепродуктов.

В результате несовершенства технологий, других объективных и субъективных причин на всех этапах операций с нефтью и нефтепродуктами происходят отдельные аварии, приводящие к разливам нефти и нефтепродуктов и загрязнению атмосферы, открытых водоемов, почвы и подземных вод, что, безусловно, изменяет состояние окружающей среды и, как следствие, снижает качество жизненного пространства населения и биоты.

Одной из актуальных проблем загрязнения окружающей среды нефтепродуктами является загрязнение водоносных горизонтов. Актуальность проблемы обусловлена важной ролью подземных вод в функционировании живых организмов на Земле. Именно подземные воды поддерживают питание родников, обеспечивают подачу влаги корням растений, оберегают реки и озера от обмеления, используются в хозяйственно-питьевых и иных нуждах человека, применяются для лечебных целей.

По условиям залегания и питания водоносных горизонтов различают следующие подземные воды: верховодки, грунтовые воды со свободной поверхностью, безнапорные межпластовые, артезианские (напорные). В наибольшей степени подвержены загрязнению грунтовые воды; появление нефтепродуктов в заметных концентрациях в водозаборных скважинах, использующих глубокозалегающие напорные воды, встречается реже и обычно является результатом нарушения целостности эксплуатационных, разведочных и наблюдательных скважин на газонефтяных месторождениях.

Подземные воды, имеющие стабильные запасы и представляющие интерес для организации питьевого водоснабжения, имеют пластовый характер и приурочены к породам определенного состава и геологического возраста. Преимущественно водоносные горизонты представлены песками различного гранулометрического состава, гравийно-галечниковыми отложениями, трещиноватыми известняками, простирающимися и распространяющимися на значительные площади, захватывающие не только территорию района или области, а зачастую выходят за их границы.

Другой важной особенностью подземных вод является ограниченность их запасов. Промышленные запасы обычно имеют 23 водоносных горизонта.

Первые от поверхности водоносные горизонты, вследствие наличия гидравлической связи с поверхностными водами, не имеют промышленных запасов и преимущественно загрязнены по целому ряду компонентов, по которым превышаются установленные нормы ПДК. Более глубокие горизонты не используются для питьевого водоснабжения по причине повышенной минерализации, или используются в ограниченном объеме как столовые или минеральные воды. Рассолы, залегающие еще глубже, находят ограниченное применение в лечебных целях.

Загрязнение подземных вод не является локальным процессом, оно в значительной степени обусловлено загрязнением других природных сред - атмосферного воздуха, поверхностных вод, почв. Будучи загрязненными вследствие выбросов различных веществ антропогенного происхождения, эти среды становятся как бы вторичными источниками загрязнения, влияющими на подземные воды. В свою очередь загрязнение подземных вод может сказаться на качестве речных вод в местах разгрузки загрязненных подземных вод в реки.

Таким образом, имеет место взаимосвязь причин и следствий в загрязнении подземных и поверхностных вод. Но вместе с тем, воздействие загрязненных природных сред на подземные воды неизмеримо больше обратного воздействия подземных вод на эти среды.

Во всех промышленно развитых государствах мира факты загрязнения геологической среды нефтепродуктами давно перестали быть эпизодичными. С ростом использования нефти и нефтепродуктов растут их потери во время добычи, переработки, хранения и транспортировки. Аварийные потери, по некоторым данным, могут составлять около 3% от годового производства нефтепродуктов. Значительное количество загрязненных нефтепродуктами подземных вод вынужденно используется для употребления питьевых потребностей, несмотря на угрозу здоровья человека; это создает проблему в экологической безопасности многих государств и может привести к национальной катастрофе. В связи с этим возникла проблема предотвращения загрязнения, локализации и ликвидации загрязненных нефтепродуктами участков. Для того  чтобы ее решить, необходимо знать формы нахождения и законы распространения нефтепродуктов в геологической среде, уметь определять их содержание в грунтах воде и подземном воздухе, объемы и контуры накопления, параметры удержания и проникновения, а также уметь управлять перемещением нефтепродуктов, прогнозировать их «поведение».

1 ПОНЯТИЕ «НЕФТЕПРОДУКТ». ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ НЕФТЕПРОДУКТАМИ

Прежде, чем рассмотреть возможные источники загрязнения, необходимо  дать определение понятию «нефтепродукт».

Ю.И. Пиковский рассматривает понятие «нефтепродукт» в двух аспектах: техническом ианалитическом. В техническом аспекте нефтепродукт – это товарная сырая нефть, которая прошла первичную подготовку на промысле, и продукты ее переработки, которые используются в хозяйственной деятельности: авиационные и автомобильные бензины, реактивный, тракторный и осветительный керосин, дизельные и котельные топлива, мазуты, растворители, смазочные масла, нефтяные битумы, а также парафин, нефтяной кокс, присадки, нефтяные кислоты и др.(рис.1). В аналитическом понимании к нефтепродуктам относят неполярные и малополярные соединения, растворимые в гексане. Под аналитическое определение попадают практически все топлива, растворители и смазочные масла, кроме тяжелых смол и асфальтенов нефтей и битумов, а также веществ, образующихся из нефтепродуктов при длительном нахождении их в грунтах или водах (в результате микробиологического и физико-химического разложения).

Основные товарные виды жидких нефтепродуктов – углеводородные фракции, получаемые из нефти в процессе перегонки и вторичной переработки: бензины (С4-С12, tкип. 40-200°С), керосины (С12-С16, 200-300°С), дизельные топлива (С16-С20, 300-400°С), котельные топлива, масла разнообразного назначения, мазуты. Основные компоненты этих нефтепродуктов - углеводороды. Наряду с углеводородами в нефтепродуктах и нефтях, содержатся соединения с атомами H,N, и О. Помимо этого постоянными компонентами товарных нефтепродуктов являются различные добавки, улучшающие их эксплуатационные свойства (антидетонаторы, антиокислители, ингибиторы коррозии и др.), обычно вводимые в долях процента.

В проблеме загрязнения подземных вод все более важную роль играют жидкие углеводороды (УВ), как результат утечек из поверхностных и подземных хранилищ углеводородного топлива, развития различных нефтеперерабатывающих производств, потерь нефти при добыче и транспортировке и т.д.

Большинство УВ имеет очень низкие значения ПДК (в некоторых случаях — на пределе обнаружения); для примера можно заметить, что 1 л бензина при полном растворении способен загрязнять до недопустимых концентраций 2 млн. л подземных вод. Далее, после ликвидации источника загрязнения и откачки жидких скоплений УВ, остаточная их насыщенность, с учетом весьма ограниченной растворимости, обеспечивает длительное — на десятки, а то и сотни лет — загрязнение на больших площадях. Вполне реальны ситуации, когда такое загрязнение начинает проявляться, скажем, в водозаборных скважинах через многие годы после того, как поверхностные его источники были полностью устранены; при этом здоровье людей может долгое время подвергаться не выявленной опасности.

Иногда концентрация загрязнений достигает таких масштабов, что они практически заполняют колодцы и скважины. При близком к земной поверхности расположении скоплений УВ, их пары могут поступать в жилые помещения или даже приводить к возгоранию и взрыву.

Источниками загрязнения  подземных вод нефтепродуктами могут быть все сооружения и технические средства, связанные с добычей, хранением и переработкой нефти, с транспортирование и распределением нефти и нефтепродуктов, а также сточные воды, содержащие нефть и нефтепродукты.

1. Нефтепромысел

Для добычи нефти создается комплекс производственных сооружений, как правило, разобщенных территориально, но взаимосвязанных системами трубопроводов, энергопередач и организацией работы. К основным сооружениям этого комплекса относятся скважины (бурящиеся, эксплуатируемые, нагнетательные и наблюдательные), компрессорно-насосные станции, сборные пункты, нефтехранилища, пункты первичной подготовки нефти, трубопроводы, отстойники, площадки для сжигания газа и конденсата, электрические подстанции и др.

 Каждое из перечисленных сооружений представляет собой потенциальный источник разливов нефти, либо выбросов вредных веществ в атмосферу, а многие из них – того и другого, что может быть причиной загрязнения подземных вод.

Прежде всего, центрами формирования нефтегенных потоков на промысле являются бурящиеся и эксплуатируемые скважины.

На стадии бурения скважины и подготовки ее к эксплуатации основными компонентами нефтегенных потоков являются буровые растворы.

Буровые растворы (промывочные жидкости), применяемые для смазки и промывки стволов скважины во время бурения, представляют собой сложную полидисперсную систему, состоящую из жидкой фазы (вода, нефть, дизельное топливо) и твердой фазы (глина, частицы кварца и известняка, другие нерастворимые минералы).

Кроме того, на стадии бурения формируются большие объемы буровых сточных вод, которые образуются на сито-конвейерах при их промывке от породы, извлекаемой из скважины глинистым раствором, охлаждении буровых насосов, смывке глинистого раствора, разлитого во время спускоподъемных операций. Объем буровых сточных вод на цикл бурения составляет 5000-8000 м. Буровые сточные воды могут содержать до 9500 мг/л органических веществ, в том числе 5000-8000 мг/л нефтепродуктов.

На стадии эксплуатации скважины служат центрами временных нефтегенных потоков, которые возникают при аварийных ситуациях, ремонтных работах и от других причин, нарушающих работу скважины. Основным веществом, составляющим нефтегенные потоки от эксплуатационных скважин, является пластовая жидкость, представляющая собой нефть, содержащую растворенный газ и некоторое количество пластовой воды, как правило, высокой минерализации.

Аналогичны по составу нефтегенные потоки при прорыве (авариях) промысловых трубопроводов, по которым пластовая жидкость поступает от скважин на сборные пункты и установки первичной подготовки нефти.

Протяженность промысловых нефтепроводов в России на сегодня более 350 тыс.км. Основными причинами аварий на промысловых нефтепроводах являются: коррозия, наезд техники, увеличение давления, пульсация, динамические нагрузки, разморожение, разгерметизация, механические повреждения трубопроводов, вибрация гребенки, неправильно организованная работа, нарушение технологии, усталость металла, заводской брак, подвижка грунта. Подавляющее большинство аварий (до 83%) происходит в результате коррозии труб, при этом в основном коррозия имеет электрохимический характер, хотя имеют место и сквозные локальные коррозионные повреждения - свищи, как правило, вызванные действием блуждающих токов. Более 5% случаев аварийного разрушения нефтепроводов происходит в результате внутренней коррозии труб, вызванной наличием в нефти следов воды.