Оценка техногенных потоков углеводородов в поймах рек в зоне влияния нефтехимических предприятий: на примере Республики Башкортостан тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат технических наук Галинуров, Ильдус Рафикович

• Галинуров, Ильдус Рафикович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Галинуров, Ильдус Рафикович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НЕФТЯНЫМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ

(ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1 Состав нефти и свойства её основных компонентов

1.2 Источники поступления нефтяных углеводородов

в окружающую среду

1.3 Нефтяные углеводороды в окружающей среде

1.4 Деструкция нефтяных углеводородов в окружающей среде

1.5 Мониторинг окружающей среды при загрязнении

нефтяными углеводородами

1.6 Способы и методы защиты окружающей среды

от загрязнения нефтяными углеводородами

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Характеристика объектов исследования

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

И ПОЧВЫ (грунтов)

2.3 Исследование проб химическими методами

2.3.1 Методы оценки загрязнения воды нефтепродуктами

2.3.2 Методы определения содержания нефтепродуктов в почвах

и донных отложениях

2.3.3 Определение полициклических ароматических углеводородов

в донных отложениях

2.3.4 Анализ проб методом газожидкостной хроматографии

2.4 Исследование объектов биологическими методами

2.4.1 Методы биотестирования

2.4.1.1 Методика биотестирования с использованием тест-объекта Daphnia magna Straus

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

Scenedesmus quadricauda (Тигр)

2.4.2 Методы биоиндикации

2.5 Обеспечение достоверности полученных результатов 67 ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МИГРАЦИИ

НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПОЙМАХ РЕК

3.1 Исследование самоочищающейся способности почв

при загрязнении нефтяными углеводородами

3.2. Исследование техногенных потоков нефтяных углеводородов в натурных условиях

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

3.4 Определение токсического действия образцов

нефтяных углеводородов

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

4.1 Совершенствование системного мониторинга пойм рек

в зоне влияния объектов нефтехимической промышленности

4.2 Совершенствование мер защиты гидрографической сети

от залповых выбросов нефтяных углеводородов

4.2.1 Исследование разливов нефтяных углеводородов

на территории Республики Башкортостан

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

нефтяных углеводородов

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

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка техногенных потоков углеводородов в поймах рек в зоне влияния нефтехимических предприятий: на примере Республики Башкортостан»

ВВЕДЕНИЕ

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

Приоритетными поллютантами в Республике Башкортостан, в силу отраслевой специфики региона, являются нефтяные углеводороды (УВ). Воздействуя на биосферу на различных этапах жизненного цикла нефти, они способны существенно влиять на биологическое равновесие экосистем [1].

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

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

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

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

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:

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

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

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

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

Научная новизна работы

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

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

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

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

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

Практическая ценность

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

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

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

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

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

зонах в руслах малых водотоков.

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

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

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

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

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

Заключение диссертации по теме «Экология (по отраслям)», Галинуров, Ильдус Рафикович

выводы

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

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

неральными субстратами.

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

самоочищению от загрязнения нефтяными УВ.

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

5. Предложена схема организации системы мониторинга природных сред в поймах рек в зоне влияния нефтехимических предприятий, включающая площадный мониторинг (закладку шурфов и наблюдательных скважин, оборудованных щелевым фильтром от шейки, что обеспечит возможность оценки не только качества грунтовых вод, но и углеводородного слоя над ними). Предложено дополнить традиционный перечень контролируемых показателей техногенными ПАУ (бенз(а)пирен и др.); использовать хроматографический метод для оцен-

140

ки экологического состояния компонентов природной среды в условиях пойм (вода, донные отложения, пойменные почвы) и проводить оценку устойчивости речных экосистем по состоянию макрозообентосных сообществ.

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

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Галинуров, Ильдус Рафикович, 2012 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ягафарова Г.Г. Биорекультивация нефтезагрязнённой почвы / Г.Г. Ягафаро-ва, Е.Г. Ильина, А.Х. Сафаров, В.Б. Барахнина, Э.М. Гатауллина // Материалы 2 Международного симпозиума «Наука и технология углеводородных дисперсных систем». - Уфа, 2000. - Т. 2. - С. 247-248 .

2. Магид А.Б. Расчет норм водопотребления и водоотведения НПЗ на основе теплового баланса / А.Б. Магид, Э.А. Юсупов, Э.Г. Иоакимис, Э.Г. Теляшев // Материалы секции Д 3 Конгресса нефтегазопромышленников России 23 мая 2001 г. - Уфа: Институт проблем нефтехимпереработки АН РБ, 2001. - С. 185-186.

3. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов / Н.П. Солнцева. - М.: Изд-во МГУ, 1998. - 376 с.

4. Пиковский Ю.И. Проблема диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами / Ю.И. Пиковский, А.Н. Геннадиев, С.С. Чернян-ский, Г.Н. Сахаров // Почвоведение. - 2003. - № 9. - С. 1132 - 1140.

5. Солнцева Н.П. Закономерности миграции нефти и нефтепродуктов в почвах лесотундровых ландшафтов в Западной Сибири / Солнцева Н.П., А.П. Садов // Почвоведение. - 1998. - № 8. - С. 996-1008.

6. Мещеряков Г. В. Конверсия природного газа в условиях ограниченности запасов углеводородного сырья / Г.В. Мещеряков, А.Н. Клочков, М.А. Кишкин-ская // Башкирский химический журнал. - 2009. - Т. 16. - № 4- С. 121-124.

7. Нефтегазовая энциклопедия. Издание в 3 т. [под общ. ред. Ю.В. Вадецкош]. - М.: Московское отд. «Нефть и газ» МАИ, ОАО «ВНИИОЭНГ», 2003. - Том 2 (К - П). - 380с.

8. Магеррамов A.M. Нефтехимия и нефтепереработка. Учебник для высших учебных заведений. / A.M. Магеррамов, P.A. Ахмедова, Н.Ф. Ахмедова. - Баку: Издательство «Бакы Университети», 2009. - 660 с.

9. Якуцени С.П. Распространенность углеводородного сырья, обогащенного тяжелыми элементами-примесями. Оценка экологических рисков / С.П. Якуцени. - СПб.: «Недра», 2005. - 372 с.

10. Абросимов A.A. Экология переработки углеводородных систем: Учебник, [под ред. д-ра хим. наук, проф. М. Ю. Доломатова, д-ра техн. наук, проф. Э. Г.

Теляшева]. - М.: Химия, 2002. - 608 с.

11. Андресон P.K. Биотехнологические методы ликвидации загрязнений почв нефтью и нефтепродуктами / Р.К. Андресон // Обзор, информ. Сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды. - М.: ВНИИОЭНГ, 1993. - С. 24.

12. Сафиева Р.З. Физикохимия нефти/Р.З. Сафиева. - М.: Химия. 1998. - 447 с.

13. Рябов В.Д. Химия нефти и газа: учебное пособие / В.Д. Рябов. - М.: ИД «ФОРУМ», 2009.-336 с.

14. Камьянов В.Ф. Проблемы и достижения в исследовании нефти / В.Ф. Камь-янов. - Томск: Томский филиал СО АН СССР, 1990. - С. 65-90.

15. Полякова A.A. Молекулярный масс-спектральный анализ нефтей / A.A. Полякова. - М.: Недра, 1973. - 180 с.

16. Давыдова C.JI. Нефть и нефтепродукты в окружающей среде: Учеб. Пособие / С.Л. Давыдова, В.И. Тагасов - М.: Изд-во РУДН, 2004. - 163 с.

17. Адельсон C.B. Технология нефтехимического синтеза / C.B. Адельсон, Т.П. Вишнякова, Я.М. Паушкин. - М: Химия, 1985. - С. 607.

18. Гриценко А.И. Углеводородные конденсаты месторождений природного газа / А.И. Гриценко, Т.Д. Островская, В.В. Юшкин - М.: Недра, 1983. - 263 с.

19. Унгер Ф.Г. Химический состав высших погонов нефтей и нефтяных остатков. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986. - С. 149-164.

20. Dooley J. Comparisons of heavy distillates from different crude oils / J. Dooley, D. Hirsch, С. Thompson, С. Ward//Hydrocarbon Process. -1974. - vol. 53 -№11 -P. 187-194.

21. Ровинский Ф.Я. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов / Ф.Я. Ровинский, Т.А. Теплицкая, Т.А. Алексеева. - Л.: Гидрометео-издат, 1988. - 224 с.

22. Ягафарова Г.Г. Инженерная экология в нефтегазовом комплексе: учеб. пособие / Г.Г. Ягафарова, Л.А. Насырова, Ф.А. Шахова, C.B. Балакирева, В.Б. Ба-рахнина, А.Х. Сафаров. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. - 334 с.

23. Вредные химические вещества. Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов; справ, изд. / А.Л. Бандман, Г.А. Войтенко, Н.В. Волкова и др. [под ред. В.А. Филова и др.]. - Л.: Химия, 1990. - 732 с.

24. Белоусов А.И. Оценка межмолекулярных взаимодействий в углеводородах нефти / А.И. Белоусов, Е.М. Бушуева // Химия и технология топлив и масел. -1987.-№1.-С. 26-29.

25. Дмитриева З.Т. Инструментальные методы исследования нефти / З.Т. Дмитриева. - Новосибирск: «Наука», 1987. - С. 113-116.