Реабилитация подземных вод при нефтехимическом загрязнении тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат технических наук Ворсунов, Павел Анатольевич

• Ворсунов, Павел Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ворсунов, Павел Анатольевич

введение.

1. масштабы проблемы нефтехимического загрязнения подземных вод и состав работ по их реабилитации.

1.1. масштабы проблемы нефтехимического загрязнения и основные задачи исследований.

1.2 состав работ по защите подземных вод от загрязнения нефтепродуктами

2. регламент проведения работ на участках нефтехимического загрязнения подземных вод.

2.1. оценка масштабов и степени загрязнения подземных вод.

2.1.1. определение области распространения свободных нефтепродуктов

2.1.2. определение степени насыщенности и объемов нефтепродуктов.

2.1.3. определение области загрязнения подземных вод растворенными нефтепродуктами.

2.2. оценка потенциального воздействия загрязнения на подземные воды.

2.2.1 оценка мобильности свободных нефтепродуктов.

2.2.2 оценка интенсивности загрязнения подземных вод.

2.2.3 прогнозы распространения растворенных нефтепродуктов.

2.3. определение нормативов очистки.!.

2.4. выбор технологий проведения рекультивационных работ.

3. оценка степени нефтехимического загрязнения подземных вод на участке линз нефтепродуктов г.энгельса.

3.1. краткая характеристика участка нефтехимического загрязнения и природных условий.

3.2. объемы и основные результаты мониторинговых наблюдений на участке загрязнения.

3.3. загрязнение геологической среды нефтепродуктами в свободной фазе (территория склада гсм-1).

3.4. загрязнение геологической среды нефтепродуктами в свободной фазе (территория склада гсм-2).

3.5. нефтехимическое загрязнение подземных вод и грунтов.

4. система гидротехнических сооружений для комплексной геоэкологической реабилитации территории.

4.1. разработка систем по извлечению свободных нефтепродуктов.

4.1.1. методы извлечения свободных нефтепродуктов.

4.1.2. методика оценки эффективности вариантов отбора свободных нефтепродуктов.

4.1.3 оценка эффективности систем отбора свободных нефтепродуктов. 132 4.2 рекомендации по очистке почв и грунтов территории от загрязнения нефтепродуктами.

4.3. прогноз распространения растворенных нефтепродуктов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Реабилитация подземных вод при нефтехимическом загрязнении»

Актуальность работы

В настоящее время одним из наиболее приоритетных направлений мировой водоохранной политики является защита подземных вод от загрязнения нефтепродуктами, что связано как с масштабами распространения этого вида загрязнения, так и с высокой токсичностью нефтепродуктов и продуктов их распада.

Основными источниками поступления нефтехимического загрязнения подземных вод являются:

• систематические проливы нефти на участках эксплуатации нефтяных месторождений;

• аварийные разливы нефти и нефтепродуктов при их транспортировке;

• систематические потери нефти и нефтепродуктов на участках переработки;

• систематические потери нефти и нефтепродуктов на участках их хранения и отгрузки.

Учитывая остроту проблемы в последние десятилетия, как в России, так и за рубежом проведено значительное количество исследований, связанных с изучением углеводородного загрязнения подземных вод, научным обоснованием систем инженерной защиты подземных вод от нефтехимического загрязнения, реабилитации нефтезагрязненных территорий.

Изучение и обобщение отечественного опыта убеждает в необходимости разработки научно обоснованного регламента проведения работ по защите подземных вод на участках нефтехимического загрязнения.

В настоящее время такие рекомендации отсутствуют. Проводимые в данной работе исследования имеет целью устранить указанный пробел.

Они проведены на основе обобщения опыта геоэкологических работ на участке наиболее крупного загрязнения подземных вод Саратовской области - на территории, прилегающей к воинской части 06987 г. Энгельса.

Целью диссертационной работы является разработка системы комплексной оценки состояния подземных вод, научного обоснования целевых показателей (нормативов очистки) и регламента проведения работ по защите подземных вод с использованием специальных типов дренажных сооружений.

Основные задачи диссертационной работы включают:

• обобщение мирового опыта и отечественного опыта организации проведения работ по реабилитации загрязнения подземных вод нефтепродуктами;

• разработка методов комплексной оценки состояния подземных вод;

• разработка научно обоснованного регламента проведения работ по защите подземных вод от нефтехимического загрязнения;

• научное обоснование требуемой степени очистки подземных вод при проведении работ по их реабилитации;

• систематизация методов оценки степени загрязнения подземных вод, прогнозирования миграции углеводородов и обоснования систем инженерной защиты;

• обобщение существующих методов реабилитации подземных вод и грунтов от нефтехимического загрязнения;

• анализ распространения нефтепродуктов в загрязненных горизонтах на основе изучения данных мониторинга в районе линз нефтепродуктов г. Энгельса;

• разработка рекомендаций по проектированию систем инженерной защиты по локализации и ликвидации углеводородных загрязнений в районе г. Энгельса.

Методика исследований состояла и включала в себя:

• сбор, анализ и обобщение литературных относительно опыта проведения реабилитационных работ на территориях нефтехимического загрязнения подземных вод и грунтов;

• изучение существующих способов количественной оценки миграции углеводородного загрязнения в пористых средах и обоснования систем инженерной защиты подземных вод;

• обобщение фактических данных инженерно-геологических и экологических изысканий на территориях, подверженных углеводородному загрязнению;

• оценку комплексного состояния подземных вод на основе компьютерной обработки данных геоэкологического мониторинга загрязненных подземных вод в районе линз нефтепродуктов г. Энгельса;

• математическое моделирование вариантов систем инженерной защиты подземных вод от загрязнения.

Научная новизна и основные результаты работы:

• разработана система комплексной оценки состояния подземных вод на основе определения содержания и мобильности нефтепродуктов в различных фазовых состояниях на участках нефтехимического загрязнения;

• разработаны критерии научного обоснования требуемой степени очистки подземных вод при проведении работ по их реабилитации на участках нефтехимического загрязнения на основе методологии оценки риска;

• сформулированы принципы обоснования регламента проведения работ по защите подземных вод от нефтехимического загрязнения с использованием специальных гидротехнических сооружений (дренажей);

• разработана математическая модель миграции нефтепродуктов одного из крупнейших в России участков нефтехимического загрязнения подземных вод;

• разработана система инженерной защиты Волгоградского водохранилища и подземных вод от загрязнения нефтепродуктами (г. Энгельса, Саратовская область).

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные методы оценки состояния подземных вод, обоснования нормативов очистки и регламента проведения работ по защите подземных вод с использованием специальных типов дренажных сооружений могут быть использованы для широкого круга практических задач реабилитации территорий, загрязненных нефтепродуктами, что подтверждается выполненными исследованиями на загрязненной территории вблизи г. Энгельса, Саратовской области.

На защиту выносятся:

• система комплексной оценки состояния подземных вод на участках нефтехимического загрязнения;

• критерии научного обоснования требуемой степени очистки подземных вод при проведении работ по их реабилитации на участках нефтехимического загрязнения;

• принципы обоснования регламента проведения работ по защите подземных вод от нефтехимического загрязнения;

• система инженерной защиты Волгоградского водохранилища и подземных вод от загрязнения нефтепродуктами и локализации техногенных залежей нефтепродуктов в районе г. Энгельс, Саратовская область.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всероссийской конференции по реабилитации загрязненных углеводородами территорий в г. Новокуйбышевск (ноябрь 2002 г.), на региональных совещаниях в администрации Саратовской области (июль 2002 г., сентябрь 2003 г.), на семинаре «Гидротехника, инженерная гидрогеология и гидравлика» во ФГУП НИИ ВОДГЕО (ноябрь 2004 г.).

Публикации. По материалам исследований опубликовано пять статей.

Структура и объем работы. Работа состоит из четырех глав, введения и основных выводов.

Заключение диссертации по теме «Гидротехническое строительство», Ворсунов, Павел Анатольевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. В настоящее время одним из наиболее приоритетных направлений мировой водоохранной политики является защита подземных вод от загрязнения нефтепродуктами, что связано как с масштабами распространения этого вида загрязнения, так и с высокой токсичностью нефтепродуктов и продуктов их распада. Обобщение имеющегося мирового опыта, опирающееся на изучение поведение углеводородов в подземной гидросфере, позволило разработать научно обоснованный регламент работ по обеспечению безопасного состояния подземных вод на участках их нефтехимического загрязнения.

2. Цикл работ по реабилитации участков загрязнения должен включать в себя работы, связанные с оценкой масштабов и степени загрязнения нефтепродуктами в такой мере, чтобы не только обоснованно подойти к ресурсному обеспечению проведения работ, но и оценить потенциальное воздействие загрязнения, степень риска для окружающей среды, наметить целевые показатели реабилитационных работ. В этом случае становится возможен научно обоснованный выбор технологий по предотвращению негативного влияния воздействия на окружающую среду.

3. В рамках разработанного регламента реабилитационных работ изложена общая методология обоснования требуемой степени очистки подземных вод, в основу которой положен следующий принцип - «содержание загрязняющих веществ в грунтах и подземных-водах должно быть снижено до пределов, исключающих угрозу ухудшения условий водопользования территории, распространения нефтепродуктов в свободной фазе, угрозу здоровью населения при контакте с загрязняющими веществами, создания взрывопожароопасной ситуации».

4. Предложено оценивать степень загрязнения подземных вод на основе анализа концентраций токсичных веществ, входящих в состав суммарных нефтепродуктов, поскольку они представляют собой многокомпонентную смесь углеводородов и сопутствующих им веществ, значения токсичности которых могут варьировать в значительных пределах.

5. На основе обработки многолетних данных мониторинга выполнена оценка эффективности извлечения свободных нефтепродуктов и разработан регламент проведения реабилитационных работ реализован на территории на территории воинской части 06987 г. Энгельса. Показано, что бессистемное проведение работ по извлечению свободной фазы нефтепродуктов интенсифицирует процессы загрязнения всех основных элементов природной среды.

6. Основной проблемой бессистемного отбора свободных нефтепродуктов явился перевод основной части нефтепродуктов из свободного состояния на поверхности грунтовых вод в защемленное состояние в пределах значительной части разреза ниже уровня грунтовых вод. Основной задачей научно обоснованных реабилитационных работ является разработка технологий, минимизирующих перевод нефтепродуктов в защемленное состояние и позволяющих перевести ранее защемленные нефтепродукты в свободную, извлекаемую фазу.

7. Разработана математическая модель миграции нефтепродуктов одного из крупнейших в России участков нефтехимического загрязнения подземных вод -линз свободных нефтепродуктов, сформировавшихся на территории воинской части 06987 г. Энгельса.

8. Выполнены многовариантные расчеты локализации и ликвидации техногенной залежи нефтепродуктов на основе оценки эффективности работы специльных гидротехнических сооружений - дренажей лучевого и вертикального типов. Предложен наиболее оптимальный (рациональный) вариант размещения этих сооружений и регламента эксплуатации всей системы.

9. Разработаны рекомендации по проектированию системы инженерной защиты для защиты Волгоградского водохранилища и подземных вод от загрязнения нефтепродуктами, а также рекомендации для разработки технико-экономического обоснования очистки территории аэродрома «Энгельс. Проектная документация «Очистка территории аэродрома «Энгельс» разработана ЗАО «ДАР/ВОДГЕО» и согласована с природоохранными службами Саратовской области.

Направление дальнейших исследований автор видит в развитии методов интенсификации очистки грунтов и подземных вод от остаточных нефтепродуктов, которые не удаляются гидравлическими методами извлечения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ворсунов, Павел Анатольевич, 2005 год

1. Двуреченский В.А. Нефть и приоритеты энергетической политики // Минеральные ресурсы России. М.: Геоинформмарк, 1994. Т.З. С. 4-10.

2. Путилов А.Е. Российская нефтяная промышленность вчера, сегодня и завтра // Нефтяное хозяйство, 1994. Т.4. С. 4-5.

3. Халимов Э.М. Кризис в восполнении запасов нефти может быть преодолен с помощью Федеральной системы экономического стимулирования геологоразведочных работ// Геология нефти и газа, 1999, № 1-2. С. 16-20.

4. Динков В.А., Иванцов О.М. Высоконадежный трубопроводный транспорт // Строительство трубопроводов. М.:ТОТ, 1994. С. 5-9.

5. Власов А.В. Борьба с потерями нефтепродуктов при транспортировании и хранении (анализ и оценки потерь). М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1994. 50 с.

6. Гольдберг В.М., Зверев В.П., Арбузов А.И. и др. Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологические последствия. М.:Наука, 2001.

7. Mercer, J.W., and R.M. Cohen, 1990. A review of immiscible fluids in the subsurface: Properties, models, characterization, and remediation, J. Contam. Hydro!., 6: 107-163.

8. Parker, J.C., Lenhard, R.J., and Kuppusamy, Т., 1987. A parametric model for constitutive properties governing multiphase fluid flow in porous media. Water Resour. Res., 23(4): 618-624.

9. Lenhard, R.J. and Parker, J.C., 1988. Experimental validation of the theory of extending two-phase saturation-pressure relations to three-fluid phase systems for monotonic drainage paths. Water Resour. Res. 24(3): 373-380.

10. Lenhard, R.J. and Parker, J.C., 1990. Estimation of free hydrocarbon volume from fluid levels in monitoring wells. Ground Water, 28(1): 57-67.

11. Huling, S.G., and J.W. Weaver, 1991. Dense nonaqueous phase liquids, Ground Water Issue, EPA/540/4-91-002, U.S.EPA, R.S. Kerr Environ. Res. Lab., Ada, OK, 21 pp.

12. Newell C.J., Acree S.D., Ross R.R., and S.G. Huling, 1995. Light Nonaqueous Phase Liquids. Ground Water Issue, EPA/540/S-95/500, U.S.EPA, R.S. Kerr Environ. Res. Lab., Ada, OK, 28 pp.

13. U.S.ЕРА, 1994. Manual: Alternative methods for fluid delivery and recovery, EPA/625/R-94/003, U.S.EPA, Risk Red. Eng. Lab., Cincinnati, OH, 87 pp.

14. U.S. EPA, 1999. Monitored Natural Attenuation of Petroleum Hydrocarbons. REMEDIAL TECHNOLOGY FACT SHEET, EPA/600/F-98/021, National Risk Manag. Res. Lab., Ada, OK, 3pp.

15. Гольдберг B.M., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М.: Недра, 1984, 265 с.

16. Расторгуев А.В., Куранов П.Н. Оценка запасов техногенных свободных углеводородов, залегающих на поверхности водоносных горизонтов, по данным наблюдательных скважин. Геологический вестник центральных районов России. №4, 2000.

17. Jokuty, P.,S. Whiticar, Z. Wang, M. Fingas, B. Fieldhouse, P. lamber, and J. Mullin, Properties of Crude Oils and Oil Products, Internet Version October 2000, accessed via http://www.etcentre.org/spills.

18. Kaluarachchi, J.J., J.C. Parker, and R.J. Lenhard, 1990. A numerical model for areal migration of water and light hydrocarbon in unconfined aquifers, Adv. in Water Re-sour., 13: 29-40.

19. Унифицированные методы анализа вод. Под ред. Ю.Ю. Лурье. М.: Химия, 1973, 376 с.

20. Griest, W. Н., Е. Е. Higgens, and М. R. Guerin, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN Conf. 851027-5, 1985.

21. Speight, J.K., 2nd edition, Marcel Dekker, Inc, NYC, NY, 1991.

22. Harper,C.C., O.Faroon and M.A.Melman, Hydrocarbon Contaminated Soils, vol.Ill, E.Calabrese and P.Kostecki, eds., pp 215-241, 1993

23. Smith, J.H. et. al., Department of the Air Force, Final Report 54; pp. 1-50; National Technical Information Services, Springfield.VA, A115949/LP, 1981

24. Johnson, P. С., M. W. Kemblowski, and J. D. Colthart, 1990a. "Quantitative Analysis of Cleanup of Hydrocarbon-Contaminated Soils by In-Situ Soil Venting," Ground Water, Vol. 28, No. 3, May June, 1990, pp. 413-429.

25. Johnson, P. С., С. C. Stanley, M. W. Kemblowski, D. L. Byers, and J. D. Colthart, 1990b. "A Practical Approach to the Design, Operation, and Monitoring of In Site Soil-Venting Systems," Ground Water Monitoring and Remediation, Spring 1990, pp. 159-178.

26. US EPA, 1989b. Determining Soil Response Action Levels Based on Potential Contaminant Migration to Ground Water: A Compendium of Examples. Office of Emergency and Remedial Response. EPA/540/2-89/057.

27. Methods for Determining Inputs to Environmental Petroleum Hydrocarbon Mobility and Recovery Models. Regulatory and Scientific Affairs. API Publication Number 4711, JULY 2001.

28. Brost, E., and Beckett, G.D., 2000. A multiphase screening method to determine fuel immobility in the unsaturated zone. AEHS Conference workshop, San Diego, California.

29. Куранов П.Н., Бухарин К.Л., Расторгуев A.B., Аналитические методы прогнозирования распространения в подземной гидросфере. // проблемы инженерной геоэкологии. Сб. трудов. Москва, ЗАО «ДАР/ВОДГЕО» 2005, вып.2.

30. Parker J.С., Islam, М., 2000. Inverse modeling to estimate LNAPL plume release timing. Journal of Contaminant Hydrology, 45 303-327.

31. Johnson, R. L., and Pankow, J. F., 1992, Dissolution of dense chlorinated solvents in groundwater. 2. Source functions for pools of solvent: Environ. Sci. Technol., v. 26, n. 5, p. 896-901.

32. Hunt, J.R., Sitar, N. And Udell, K.S., 1988a. Nonaqueous phase liquid transport and cleanup, 1. Analysis of mechanisms. Water Resour. Res., Vol. 24, No. 8, pp. 12471258.

33. Hunt, J.R., Sitar, N. And Udell, K.S., 1988b. Nonaqueous phase liquid transport and cleanup, 2. Experimental studies. Water Resour. Res., Vol. 24, No. 8, pp. 12591269.

34. Evaluating Hydrocarbon Removal from Source Zones and its Effect on Dissolved Plume Longevity and Magnitude. Regulatory Analysis and Scientific Affairs Department. Publication Number 4715, September 2002.

35. Domenico, P.A., 1987, An Analytical Model for Multidimensional Transport of a Decaying Contaminant Species, J. Hydrol., 91: 49-58.

36. Howard, Handbook of Environmental Degradation Rates, Levis Publication, Chelsea, Ml, 1989.

37. Guidance Manual for Risk Assesment, Texas Natural Resource Concervation Commission, May 1994, RG-91.

38. Prommer H. PHT3D—A Reactive Multicomponent Transport Model for Saturated Porous Media. Users Manual Version 1.0. Technical report, Contaminated Land Assessment and Remediation Research Centre, The University of Edinburgh, Edinburgh UK, 2001.

39. Scheafer D, Scheafer W, Kinzelbach W. Simulation of processes related to biodegradation of aquifers—1. Structure of the 3D transport model. J Contam. Hydrol. 1998; 31(1-2): 167-86.

40. Salvage KM, Yeh GT. Development and application of a numerical model of kinetic and equilibrium microbiological and geochemical reactions BIOKEMOD. J Hydrol 1998; 209(1—4):27—52.

41. Методика определения ущерба окружающей среде при авариях на магистральных нефтепроводах. Утв. Минтопэнерго РФ 01.11.1995 г., согласована с департаментом экологического контроля Минприроды РФ. М.: Транспресс, 1996. 68 с.

42. Порядок определения размеров ущербов от загрязнения земель химическими веществами. М.: Роскомзем, 1993.

43. Abdul, A.S., 1992. A new pumping strategy for petroleum product recovery from contaminated hydrogeologic systems: Laboratory and field evaluations, Ground Water Monit. Rev., 12(1): 105-114.

44. Testa, S.M., and M.T. Paczkowski, 1989. Volume determination and recoverability of free hydrocarbon, Ground Water Monit. Rev., 9(1): 120-128.

45. API (American Petroleum Institute), 1989. A guide to the assessment and remediation of underground petroleum releases, Publ. 1628, API, Washington, DC, 81 pp.

46. Blake, S.B., and R.W. Lewis, 1983. Underground oil recovery, Ground Water Monit. Rev., 3(2): 40-46.

47. Newell C.J., Acree S.D., Ross R.R., and S.G. Huling, 1995. Light Nonaqueous Phase Liquids. Ground Water Issue, EPA/540/S-95/500, U.S.EPA, R.S. Kerr Environ. Res. Lab., Ada, OK, 28 pp.

48. Davis, E.L., and В.К. Lien, 1993. Laboratory study on the use of hot water to recover light oily wastes from sands, ЕРА/600/ R-93/021, U.S.EPA, R.S. Kerr Environ. Res. Lab., Ada, OK, 59 pp.

49. Hunt, J.R., N. Sitar, and K.S. Udell, 1988a. Nonaqueous phase liquid transport and cleanup. Water Resour. Res., 24(8): 1247-1258.

50. Sims, R.C., 1990. Soil remediation techniques at uncontrolled hazardous waste sites, J. Air Waste Manage. Assoc., 40(5): 704-730.

51. Udell, K.S., 1992. Thermally enhanced removal of the oily phase, in Proc. Subsurface Restoration Conf., Dallas, TX, Rice Univ., Dept. of Environ. Sci. & Eng., Houston, TX, 51-53.

52. U.S. EPA, 1992c. Proceedings of the symposium on soil venting, April 29 May 1, 1991, Houston, Texas, EPA/600/R- 92/174, U.S.EPA, R.S. Kerr Environ. Res. Lab., Ada, OK, 334 pp.

53. Fountain, J.C., 1992. Removal of non-aqueous phase liquids using surfactants, in Proc. Subsurface Restoration Conf., Dallas, TX, Rice Univ., Dept. of Environ. Sci. & Eng., Houston, TX, 36-37.

54. Rao, P.S.C., L.S. Lee, and A.L. Wood, 1991. Solubility, sorption, and transport of hydrophobic organic chemicals in complex mixtures, Environmental Research Brief, EPA/600/M- 91/009, U.S.EPA, R.S. Kerr Environ. Res. Lab., Ada, OK, 14 pp.

55. Johnson, P.C., M.W. Kemblowski, and J.D. Colthart, 1990a. Quantitative analysis for the cleanup of hydrocarbon contaminated soils by in-situ soil venting, Ground Water, 28(3): 413-429.

56. Lyman, W.J., and D.C. Noonan, 1990. Assessing UST corrective action technologies: Site assessment and selection of unsaturated zone treatment technologies, EPA/600/2-90/011, U.S.EPA, Risk Red. Eng. Lab., Cincinnati, OH, 107 pp.

57. Pedersen, T.A., and J.T. Curtis, 1991. Soil vapor extraction technology, Reference Handbook, EPA/540/2-91/003, U.S.EPA, Risk Red. Eng. Lab., Cincinnati, OH, 316 PP

58. DePaoli, D.W., and N.J. Hutzler, 1992. Field test of enhancement of soil venting by heating, in Proc. Symp. On Soil Venting, EPA/600/R-92/174, U.S.EPA, R.S. Kerr Environ. Res. Lab., Ada, OK, 173-192.

59. Newell C.J., Gonzales J., and McLeod R.K., 1996. BIOSCREEN Natural Attenuation Decision Support System., EPA/600/R-96/087. U.S. EPA, Center for Subsurface Modeling Support, Ada, OK.