Проблема загрязнения воды

Установлено, что существенное влияние на рост числа аварий на промысловых нефтепроводах оказывает характер местности, на которой они произошли. Выделяют следующие основные типы местности по-разному оказывающие влияние на нефтепроводы: заболоченная местность, болото, низина, территория куста, грунт, траншея, дорога, берег водоема и подводные переходы.

По опыту нефтепромыслов Западной Сибири в 60% случаев аварии происходят на нефтепроводах, проложенных на болотах и в 26,8% - на заболоченной местности, что объясняется, по-видимому, повышенной коррозийной активностью почв в данных условиях. В 5,5% - при водных переходах, вследствие коррозии металла труб под действием солей и кислот, растворенных в воде.

Особенности нефтегенных потоков, формируемых при авариях на промысловых нефтепроводах, в их подземном, внутрипочвенном движении и дренировании, как правило, в водоемы и водотоки. Такие потоки особенно опасны, так как они не поддаются воздействию поверхностных факторов разрушения (в частности, фотохимическому и микробиологическому разложению), и, кроме того, их значительно труднее обнаружить и предотвратить дальнейшее распространение.

Потенциальными центрами формирования нефтегенных потоков на нефтепромыслах являются сборные пункты и установки первичной подготовки нефти, где происходит отделение газа, обезвоживание нефти, разрушение водонефтяной эмульсии. Водные потоки формируются в результате сбрасывания или утечек сточных вод, отделенных от нефти в результате обезвоживания. Состав сточных вод в основном аналогичен составу вод нефтяных пластов.

Сточные воды обычно сбрасываются в специальные бассейны, природные и искусственные резервуары, их стараются утилизировать, закачивая в продуктивные пласты для поддержания пластового давления. В принципе неизбежны утечки этих вод и загрязнение ими почв, грунтовых вод, водоемов, наземных и водных биоценозов. Утечка сточных вод и их попадание в окружающую среду происходит либо на компрессор-но-насосных станциях, либо на нагнетательных скважинах в результате аварии.

 

2. Транспортирование нефти и нефтепродуктов

 

Большие потери нефти и нефтепродуктов имеют место при их транспортировке, как по магистральным нефтепроводам, так и водным, железнодорожным и автомобильным транспортом.

Учитывая огромную протяженность магистральных трубопроводов, характерную для нашей страны (более 200 тыс. км), они представляют большую экологическую опасность при транспортировке нефти по ним. Ежегодно на них происходит сотни и тысячи случаев утечки нефти по различным причинам, которые приводят в целом к огромным ее потерям и «замазученности» больших территорий.

В меньшей степени в разливах нефти виновен железнодорожный транспорт, хотя серьезные его аварии, сопровождаемые разливами нефти, имеют место. Основными причинами этих аварий являются:

- износ основных производственных фондов (путевое хозяйство, подвижной состав, связь и др.);

- организационно-технические недостатки (управление, квалификация кадров, дисциплина и др.).

 

3. Нефтеперерабатывающие заводы и базы хранения нефти и нефтепродуктов

 

Даже при безаварийной работе этих объектов происходят значительные выбросы в атмосферу и утечки вредных веществ.

При авариях на предприятиях переработки нефти и нефтехимических предприятиях, основными причинами которых являются износ основных производственных фондов, низкая квалификация кадров, нарушения технологии производства, происходят большие выбросы нефти, нефтепродуктов и вредных веществ, приводящие к значительным загрязнениям (заражениям) окружающей среды.

При авариях на предприятиях переработки нефти и нефтехимических предприятиях, основными причинами которых являются износ основных производственных фондов, низкая квалификация кадров, нарушения технологии производства, происходят большие выбросы нефти, нефтепродуктов и вредных веществ, приводящие к значительным загрязнениям (заражениям) окружающей среды.

Основными же источниками загрязнения подземных вод на нефтебазах и складах нефтепродуктов являются:

- аварийные проливы при выполнении технологических операций;

-нарушение герметичности резервуаров и трубопроводных коммуникаций, в том числе из-за коррозии;

-нарушение правил эксплуатации технических средств и технологического оборудования;

- образование неутилизированных отходов.

Следует отметить, что, как показывает опыт эксплуатации резервуарного парка, основная часть всех потерь нефтепродуктов (до 75%) приходится на испарение, т.е. за счет выбросов в атмосферу, в то время как потери на аварийные проливы и утечки составляют до 25%.

Аварийные же проливы и утечки в условиях эксплуатации нефтебаз могут создавать предпосылки к существенным загрязнениям природной среды. Следует отметить, что нередко утечки в небольших количествах со временем становятся постоянными источниками загрязнения сточных вод и порой длительное время остаются без должного внимания. В ряде случаев эти утечки приводят к накоплению нефтепродуктов под землей, попаданию их в грунтовые воды и речные системы. Так, например, инфильтрация нефти и нефтепродуктов привела к образованию их крупных подземных залежей в гг. Грозном, Ангарске, Моздоке, Туапсе, Ейске, Орле, Новокуйбышевске, Уфе, Комсомольске-на-Амуре и др.

Причинами утечек из технологического оборудования нефтебаз чаще всего являются: свищи и трещины сварных соединений в стенках резервуаров и трубопроводов, возникающие в результате коррозии; неплотность запорной аппаратуры (особенно сливных магистралей); негерметичность разъемных соединений; износ рабочих органов вентилей и задвижек технологической обвязки, уплотнений насосов, валов привода магистральных задвижек.

Причинами же аварийных выбросов нефтепродуктов обычно являются повреждения резервуаров и другого технологического оборудования при эксплуатации, создание сверхдопустимых избыточных давлений или вакуума внутри резервуаров, увеличение напряжений в металлоизделиях из-за неравномерной осадки или усиления вибрации корпуса резервуара, коррозия металла в результате хранения нефтепродуктов с повышенным содержанием серы и других агрессивных сред, отстойной воды.

 

4. Склады горючих веществ и мазута

 

Высокое потребление горючих веществ требует относительно густой сети складов. В складах проводится манипулирование с нефтепродуктами; резервуары и места слива соединены трубопроводами, из которых может происходить утечка нефтепродуктов; при перекачке могут происходить переполнения резервуаров и переливы нефтепродуктов и т. д. Могут возникнуть повреждения резервуаров и большие утечки горючих веществ. На основании имеющегося опыта можно сказать, что склады горючих веществ (особенно старые) являются одним из основных загрязнителей подземных вод. Наряду с крупными складами горючих веществ нефтепродукты складируются также в меньших по размерам резервуарах у заправочных колонок, в транспортных предприятиях; к этой же группе можно отнести и резервуары легких мазутов в промышленных предприятиях. В указанных случаях часто происходят утечки нефтяных продуктов вследствие небрежности при обслуживании и недостаточной антикоррозийной защиты. Частым источником загрязнения подземных вод являются автозаправочные станции, ремонтные мастерские автомашин и моечные площадки.

 

2. УСЛОВИЯ НАХОЖДЕНИЯ И МИГРАЦИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ

 

На миграцию нефтепродуктов в подземных водах влияют как свойства геологической среды, так и физические, физико-химические свойства загрязняющего вещества. Все эти факторы объединены в следующие группы

1) механические: скорость подземных вод, плотность и вязкость нефтепродуктов, расположение источников загрязнения, растворимость нефтепродуктов, продолжительность контакта загрязняющих источников с водой, механическая фильтрация, способы откачки воды;

2) геологические, структурные и геофизические: геология пластов, напластование, литология, виды водоносных горизонтов, гидрология, климат и их изменчивость во времени и пространстве;

3) физико-химические, химические и биохимические: физико-химические и химические особенности среды и нефтепродуктов, процессы самоочищения.

При проникновении нефти и нефтепродуктов в грунт происходит разделение компонентов указанных веществ. Нефтяные вещества сорбируются на грунтах преимущественно в виде жидкой фазы. Сорбция может оказывать значительное влияние на процессы распространения загрязнений в водоносном горизонте. Под сорбцией твердой фазой растворенных, а иногда и нерастворенных ингредиентов в подземных водах обычно понимают три основных механизма элиминирования: физическую адсорбцию, химическую адсорбцию и ионный обмен. Способность к сорбции углеводородов понижается в ряду олефины — ароматические — циклопарафины — парафины. Способность связи нефтяных веществ с грунтами зависит от капиллярных сил. Количество задержанных нефтепродуктов в единице объема грунта зависит от общего свободного объема капилляров, что означает зависимость от гранулометрического состава грунта и его влажности. Грунты могут сорбировать меньшее количество нефтяных веществ, чем воды. Чем выше насыщенность грунтов водой, тем ниже их способность сорбировать нефтяные вещества. В опытах было выявлено, что сорбированная в песках нефть может разлагаться под действием микроорганизмов, но данный процесс происходит очень медленно. При начальной концентрации нефти в воде 13,6 мг/л концентрация сорбированной нефти оставалась в течение 20 сут на уровне 4...5 мг/л (при температуре 4...5 °С). В табл.1 приведены типы грунтов, классифи-цированные по их проницаемости к воде и способности связывать нефтепродукты.

 

Таблица 1 – Способность грунтов к сорбции нефтяных продуктов

Грунт	Порядок проницаемости (для воды), м/сут	Количество нефтепродукта, л/м3
Крупный гравий, валуны	102	— ____
Гравий – грубозернистый песок	102…101	8
Песок: крупный – средний              средний – мелкий              глинистый - глины	101…100	15
	100…10-1	25
	10-1…10-3	40

 

Растворимость связана с химическим составом нефтепродуктов. Для каждой группы углеводородов характерно уменьшение растворимости с увеличением числа углеродных атомов. Если рассматривать растворимость между группами, то наиболее растворимы в воде представители ароматических углеводородов, их растворимость в воде на 1…3 порядка выше, чем растворимость других групп; наименьшей растворимостью обладают алкены; циклоалкены занимают промежуточное положение между двумя этими группами (табл.2).

В ходе исследований вод нефтеносных месторождений выявлено, что преимущественно в данных водах растворены моноароматические углеводороды. Если рассматривать растворимость в общем для нефтепродукта, мг/л, то для нефти она находится в пределах 10…50, бензинов — 9…505, керосинов — 2…5, дизельного топлива 8…22.

Помимо механизма молекулярного растворения переход нефтепродуктов в воду может осуществляться также за счет процессов эмульгирования. Эмульсия образуется при механическом перемешивании двух несмешивающихся жидкостей, а их устойчивость существенно зависит от снижения нормальных значений поверхностного натяжения на границе раздела фаз нефтепродукт — вода. Существенно влияет на снижение межфазового поверхностного натяжения присутствие эмульгаторов.

 

Таблица 2 – Растворимость различных групп углеводородов в дистиллированной воде при температуре 25 °С

Группа	Компонент	Химическая формула	Растворимость, мг/кг
Алканы	Метан	СН4	24,4
	Этан	С2Н6	60,4
	Пропан	С3Н8	62,4
	Н-Бутан	С4Н10	61,4
	Н-Пентан	С5Н12	38,5
	Н-Гексан	С6Н14	9,5
	Н-Гептан	С7Н16	2,9
	Н-Октан	С8Н18	0,66
	Н-Декан	С10Н22	0,016
	Н-Додекан	С12Н26	0,0037
	Н-Тетрадекан	С14Н30	0,0022
	Н-Гексадекан	С16Н34	0,0009
	Н-Октадекан	С18Н38	0,0021
	Н-Эйкозан	С20Н42	0,0019
	Н-Гексозан	С26Н54	0,0017
Циклоалкены	Циклопентан	С5Н10	156,0
	Циклогексан	С6Н12	55,0
	Циклогептан	С7Н14	7,9
Арены	Бензол	С6Н6	1780,0
	Толуол	С7Н8	515,0
	Этилбензол	С8Н10	152,0
	Н-пропилбензол	С9Н12	9,0
	Н-бутилбензол	С10Н14	5,0
	Н-Амилбензол	С11Н16	3,0
	Н-Гексилбензол	С12Н18	2,7