WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
ББК 38.58 УДК 624.121 ОСОБЕННОСТИ ЛОКАЛИЗАЦИИ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА РЕКАХ, СВЯЗАННЫЕ С ПОСЛЕДСТВИЯМИ АВАРИЙ НА ПОДВОДНЫХ НЕФТЕПРОВОДАХ Сафаров А.М., Колчина А.А., Сафарова В.И., Кудашева Ф.Х.

Основная масса нефти и нефтепродуктов от места их добычи и переработки транспортируется по трубопроводам. Наиболее уязвимая часть магистральных трубопроводов – подводные переходы, аварии на которых приводят к интенсивному загрязнению окружающей среды [1].

Нефть представляет собой сложную смесь, состоящую из алифатических и нафтеновых углеводородов, ароматических соединений, асфальто-смолистых веществ, поведение которых в водной среде различно. Масштабы распространения и эволюция поведения нефтяного загрязнения в водном объекте зависят от состава нефти, скорости течения воды, силы ветра, температуры, солнечной радиации и т.п. Попавшая в водную среду нефть может расплываться, испаряться, растворяться, эмульгировать, оседать на дно или налипать на береговую поверхность, загрязняя почву и растительность [2].

При авариях на подводных трубопроводах нефть из трубы может вытекать в виде капель или струи, в результате чего на поверхности воды образуются отдельные или обширные нефтяные пятна, на перемещение которых существенное влияние оказывают водные течения и ветер. Характер изменения свойств нефти после разлива на воде определяется её химическим составом. Водорастворимые продукты способствуют эмульгированию нефти, стабилизации эмульсий из смолисто-асфальтеновых частиц и сульфокислот. Тяжелые фракции нефти, как правило, быстро оседают на дно, более легкие сорбируются на твердых частицах и, в конце концов, тоже оседают, накапливаясь в донных отложениях и становясь источником вторичного загрязнения вод.

Значительное влияние на поведение нефти в водоемах оказывают температура воды и атмосферного воздуха: с уменьшением температуры вязкость нефти по © Нефтегазовое дело, 2005 http://www.ogbus.ru 2 вышается, в связи с чем она вся не растекается по поверхности воды, а скапливается в застойных зонах.

Санитарно-гигиеническое состояние воды обычно оценивается по содержанию растворенных нефтепродуктов, предельно допустимая концентрация которых в рыбохозяйственных водоемах составляет 0,05 мг/дм3. Нерастворенные формы нефти в воде не нормируются, однако в аварийных ситуациях чаще всего именно они определяют загрязненность водоема.

В настоящей работе исследованы закономерности трансформации и миграции нефти в воде крупного водотока равнинного типа при аварии на подводном нефтепроводе, происшедшей в конце декабря, когда река была покрыта льдом.

Наблюдения за экологическим состоянием реки начались в день аварии и продолжались более трех месяцев.

Нефть из подводного перехода трубопровода поступала в реку в течение нескольких суток. По количеству излившейся из трубопровода нефти (более т), величине загрязненной поверхности воды (4600 м в длину, до 100 м в ширину), продолжительности контакта нефти с водой ситуация на реке оценивалась как чрезвычайная. Работы по ликвидации аварии и ее последствий включали в себя комплекс мероприятий по предотвращению распространения нефти ниже по течению реки с помощью боновых заграждений, сбору нефти с использованием сорбента «полисорб», откачку нефти после ее подогрева перегретым паром, сжигание нефтяной пленки на поверхности воды.

Натурными наблюдениями во время аварии было установлено следующее.

Низкая температура атмосферного воздуха (-25 – -30°С) и толстый слой льда на поверхности воды в реке обусловили замедленное протекание процессов миграции и трансформации нефти в водной среде.

Нефть, всплывавшая с глубины, задерживалась за счет высокой вязкости между водной поверхностью и ледовым покровом, что не позволило всей массе излившейся нефти быстро распространиться по реке. Часть нефти была локализована в районе аварии, где были проведены основные работы по её сбору или сжиганию на поверхности воды. На этом участке и ниже по течению в воде реки визуально обнаруживались нерастворенные нефтепродукты в виде пленки на поверх © Нефтегазовое дело, 2005 http://www.ogbus.ru ности воды и нефтяных частиц, сгустков, комков, присутствующих в толще воды по всей ширине реки на свободных ото льда участках.

Наряду с визуальными наблюдениями проводилась количественная оценка распределения нефтяного загрязнения в толще воды и хромато-массспектрометрическое исследование состава растворенных и пленочных нефтепродуктов, нефтяных сгустков и комков, обнаруженных в воде на различных глубинах (0,5 м и 4 м) и различной удаленности от места аварии (рис.1).

мг/дм0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,фон 8 км 20 км 29 км а) н-алканы мг/дм0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,фон 8 км 20 км 29 км б) ароматические соединения мг/дм0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,фон 8 км 20 км 29 км б) ароматические соединения Рис. 1 Распределение растворенных н-алканов (а), ароматических соединений (б) и нефтепродуктов (в) по глубине реки и на различном удалении от места аварии © Нефтегазовое дело, 2005 http://www.ogbus.ru В результате исследования было установлено, что растворенные в воде нефтепродукты представлены в основном н-алканами. Концентрации ароматических соединений в воде реки ниже места аварии незначительны и сопоставимы с фоновыми.

Количественные соотношения содержаний ароматических и парафиновых компонентов растворенных нефтепродуктов в поверхностном слое воды ниже места аварии близки к соотношению их в нефти. В глубинных слоях водотока (4м) растворенная нефть обеднена ароматической фракцией. Низкий уровень содержания ароматических соединений свидетельствовал об отсутствии опасного загрязнения реки наиболее токсичными компонентами нефти.

Максимальные суммарные содержания растворенных нефтепродуктов, алканов и аренов в поверхностном слое воды наблюдались на расстоянии 20 км от места аварии, а в глубинных слоях - на расстоянии 8 км. Разный характер изменения концентраций алканов и ароматических соединений по глубине водотока на различном удалении от места аварии, видимо, обусловлен их различной летучестью.

© Нефтегазовое дело, 2005 http://www.ogbus.ru На рис. 2 приведены хроматограммы пленочных и растворенных форм нефти в пробах воды, отобранных с поверхности воды в реке и на разных глубинах.

100% а) пленка нефти с поверхности воды 100% б) глубина 0,5 м 100% в) глубина 4 м Рис.2 Углеводородный состав пленочных (а) и растворенных в воде (б, в) нефтепродуктов Из рисунка видна разница между конфигурацией «горба» неразделенных углеводородов и распределением пиков н-алканов на хроматограммах пленочной и растворенной нефти. Распределение н-алканов в растворенных нефтепродуктах зависит от глубины. В пробе воды, отобранной в поверхностном слое, их распределение более плавное, чем в воде глубинного слоя, в которой наблюдается увеличение доли тяжелых углеводородов.

Динамика изменения состава нефтяных частиц, отобранных в толще воды на расстоянии 8 км от места аварии за период с 30.12.95 по 20.01.96, показала увеличение доли тяжелых углеводородов со временем (рис.3).

© Нефтегазовое дело, 2005 http://www.ogbus.ru Рис. 3 Динамика состава нефтяных частиц, отобранных в толще воды реки на расстоянии 8 км от места аварии Снижение высоты пиков н-алканов, смещение их максимума в сторону более тяжелых углеводородов и увеличение высоты «горба» неразделенных компонентов является одним из доказательств деградации нефти [3, 4]. Заметное изменение внешнего вида и количественных характеристик хроматограмм нефтяных частиц, © Нефтегазовое дело, 2005 http://www.ogbus.ru отбираемых из воды в 8 км ниже аварии, продолжалось примерно 20 дней, после чего процессы деградации существенно замедлились.

Масштаб происшедшей аварии позволял предположить появление экстремально высоких концентраций нефтепродуктов в воде, однако содержания их растворенных форм за весь период наблюдений варьировали в пределах 1-3 ПДК с единичными случаями обнаружения более высоких (до 7 ПДК) концентраций.

На рис. 4 представлены диаграммы, отражающие частоту встречаемости различных концентраций растворенных форм нефтепродуктов в пробах воды, отобранных в течение всего периода наблюдений на различных участках реки: фоновом, расположенном в 5 км выше места аварии, а также в 8; 20; 40; 100 км ниже места порыва нефтепровода.

Из диаграмм видно, что в 20-100 км ниже места аварии, также как и на фоновом участке, частота встречаемости концентраций, соответствующих 1-2 ПДК, составляла 70-80%, 2-3 ПДК – 20-30%. Сопоставимость концентраций нефтепродуктов в воде реки ниже места аварии с фоновыми свидетельствует о практическом отсутствии загрязнения воды растворенными формами нефтепродуктов вследствие плохой растворимости их в воде при низких температурах.

Несмотря на благоприятное влияние климатических факторов, обусловивших низкие концентрации растворенных нефтепродуктов и локализацию основной массы нефти в районе аварии, масштаб воздействия аварийного поступления нефти в реку оказался значительным. В процессы миграции была вовлечена пленочная нефть, а также нефтяные частицы, образовавшиеся как в результате отрыва их от нефти, зажатой между льдом и поверхностью воды, так и за счет сорбции их на взвешенных веществах (частицах грунта, отмершей растительности, микроорганизмов и других твердых включениях), присутствующих в толще воды.

© Нефтегазовое дело, 2005 http://www.ogbus.ru Час т от а, % Час т от а, % 58,60 47,глу бина от бора 0,5 м 46,глу бина от бора 0,5 м глу бина от бора 4 м 26,26,20,19,12,10,10,4,5 10 2,2 2,0,0,1,0 - 0,05 0,05 - 0,1 0,1 - 0,15 0,15 - 0,2 0,2 - 0,25 0,25 - 0,К онцент рация раст в.

К онцент рация рас т в.

0 - 0,05 0,05 - 0,1 0,1 - 0,15 0,15 - 0,2 0,2 - 0,нефт епроду кт ов, мг/л нефт епроду кт ов, мг/л б ) а) Час т от а, % Час т от а, % глу бина от бора 0,5 м 59,глу бина от бора 0,5 м глу бина от бора 4 м 51,глу бина от бора 2 м 36,27,28,31,22,21,9,7,7,1,1,7,4 1,1,2 1,6,3,7 1,2,1,1,1,К онцент рация рас т в.

К онцент рация раст в. 0 - 0,05 0,05 - 0,1 0,1 - 0,15 0,15 - 0,2 0,2 - 0,25 0,25 - 0,нефт епроду кт ов, мг/л 0 - 0,05 0,05 - 0,1 0,1 - 0,15 0,15 - 0,2 0,2 - 0,25 0,25 - 0,3 0,3 - 0,нефт епроду кт ов, мг/л в) г) а) 5 м выш е места аварии в) ~ 29-40 км ниже места аварии б) ~ 20 км ниже места аварии г) ~ 100 км ниже места аварии Рис.4 Распределение частот встречаемости различных концентраций растворенных нефтепродуктов в пробах воды, отобранных на отдельных участках реки в период наблюдений за последствиями ав ари и на подводном нефтепроводе, происшедшей в зимний период © Нефтегазовое дело, http://www.ogbus.ru Для оценки загрязнения воды нерастворенными нефтепродуктами производился отбор проб взвешенных частиц, движущихся вместе с потоком речной воды. С этой целью применялось устройство, позволяющее отбирать нерастворенные нефтепродукты из водного потока на различных глубинах.

На рис.5 изображены зависимости, характеризующие динамику загрязнения различных слоев водотока нерастворенными нефтепродуктами на участках, расположенных в 20 и 40 км ниже места аварии.

масса загрязнений, г/м2час глу бина 2-2,2 м глу бина 0,7-1 м глу бина 0,3 м 13.01. 30.01. 06.02. 12.02. 26.02. 6.03.

масса загрязнений, г/м2час глу бина 2-2,2 м глу бина 0,7-1 м глу бина 0,3 м 16.01. 18.01. 23.01. 31.01. 02.02. 4.02.

Рис. 5 Динамика загрязнения различных слоев воды частицами нерастворенных нефтепродуктов на участках, расположенных на расстоянии 20 км (а) и 40 км (б) ниже места аварии Видно, что нерастворенные нефтепродукты распределялись по верхнему и среднему слою водотока примерно в равных количествах. Среди уловленных частиц часто обнаруживались частицы пенорезины, применявшейся в качестве сорбента для сбора пленки нефти. Наименьшая часть загрязнений попадала в нижний слой водотока.

© Нефтегазовое дело, 2005 http://www.ogbus.ru С течением времени наблюдалась тенденция к уменьшению загрязнения слоев водотока. Однако имеются подъемы и спады содержаний нерастворенных нефтепродуктов, что свидетельствует о случайном характере распределения частиц загрязнений, обусловленном, по-видимому, колебаниями в гидродинамическом режиме реки. Не исключено также, что увеличение массы загрязнения в ловушках являлось следствием сжигания нефти в этот период. Динамику общего загрязнения воды нерастворенными нефтепродуктами на участках реки с различной удаленностью от места аварии иллюстрирует рис 6.

Видно, что в 100 км ниже аварии содержание в воде нерастворенных нефтепродуктов практически всегда соответствовало фоновому уровню, в то время как в 20 и 40 км ниже места аварии оно в сотни раз превышало фоновое. Дальнейшие исследования реки в этих створах показали значительное снижение в потоке воды массы адсорбированных и нерастворенных частиц нефтепродуктов, но и в конце периода наблюдений загрязнение потока воды оставалось больше фонового в среднем в 8-10 раз.

Масса загрязнений, г/м2 час Удаленность от места аварии Рис. 6 Распределение загрязнения нерастворенными нефтепродуктами на участках реки с различной удаленностью от места аварии © Нефтегазовое дело, 2005 http://www.ogbus.ru Таким образом, результаты контроля воды в реке на разных глубинах позволили установить факт распространения с речным потоком большой массы нефти в виде нерастворенных форм нефтепродуктов (отдельных частиц деградированной нефти, или нефтяных частиц, адсорбированных на взвешенных веществах, содержащихся в толще воды).

Массу нерастворенных нефтепродуктов, прошедших через сечение реки за единицу времени (М), можно ориентировочно рассчитать по формуле:

Qi M = H d, кг/час N где Q - суммарная масса нерастворенных частиц нефти, уловленных ловушками, I установленными в исследуемом створе реки г/м2час;

N - количество отборов проб;

Н - ширина реки в створе установки ловушек, м;

d - толщина наблюдаемого слоя воды, м.

По мере удаления от места аварии поток воды все меньше содержал эти формы нефтепродуктов. Можно предполагать, что рассеивание нефтесодержащей взвеси в воде происходило как по горизонтали, так и по вертикали реки в зависимости от гидрологического режима и морфологических характеристик конкретных участков реки.

Наличие на поверхности воды пленочной нефти отмечалось в основном визуально; количественная оценка пленочного загрязнения проводилась только в местах, близких к месту аварии и боновым заграждениям, а также между бонами.

Установлено, что загрязнение поверхности воды пленочными нефтепродуктами распространилось на участке реки протяженностью до 100 км. На участке реки до 8 км местами периодически появлялась сплошная пленка темного цвета с массой нефти от 9 до 22 г/м2, что соответствовало толщине пленки от 0,008 до 0,02 мм; на остальных участках реки в течение всего периода визуального наблюдения присутствовала пленка толщиной <0,0001 мм.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.