авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Техногеннойнагрузки на грунты при транспортировке ихранении нефтепродуктов на основеиспользования комплекса физико-химическихи микробиологических технологий

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЛИНУЖС Андрис

СНИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙНАГРУЗКИ НА ГРУНТЫ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ИХРАНЕНИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЛЕКСА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХИ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 25.00.36 -Геоэкология

Автореферат

Диссертации на соисканиеученой степени

кандидата техническихнаук

Санкт–Петербург

2006

Работа выполнена вГосударственном образовательномучреждении высшего профессиональногообразования Санкт-Петербургскомгосударственном горном институте имениГ.В. Плеханова (техническомуниверситете)

Научныйруководитель

доктор технических наук,профессор

ПашкевичМария Анатольевна

Официальныеоппоненты:

доктор технических наук,профессор

Белоглазов ИльяНикитич

кандидат техническихнаук

Бондарчук АнтонМихайлович

Ведущее предприятие:

ООО«Механобр-техника»

Защита диссертациисостоится в 15 час. на заседаниидиссертационного совета Д 212.224.06 вСанкт-Петербургском государственномгорном институте им. Г.В.Плеханова(техническом университете) по адресу:199106,Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., д.2, ауд.№1160.

С диссертацией можноознакомиться в библиотекеСанкт-Петербургского государственногогорного института.

Авторефератразослан____________ 2006 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

д.т.н.,профессор Э.И. БОГУСЛАВСКИЙ

Актуальность работы.В настоящее время потеринефти и неaтепродуктов в РоссийскойФедерации при добыче, транспортировке,хранении и переработке составляют 5 млн.т вгод. В этой связи загрязнение компонентовприродной среды нефтью и нефтепродуктами(НП) стало одной из важнейших экологическихпроблем России.

Локальные аварийные имноголетние технологические утечки,систематические разливы нефтепродуктов натерритории нефтехранилищ итранспортно-перегрузочных комплексовнегативно воздействуют на всезвенья экологической цепи: почвенный слой,поверхностные и подземные воды,геологическую среду. Особая опасностьнефтяного загрязнения связана с тем, чтопри загрязнении почвогрунтов, химическиесоединения попадают в мобильные сферы– атмосферу игидросферу, в которых мигрируют на большиерасстояния, что приводит к формированиюатмо- лито- и гидрохимических ореолов. Дажепосле прекращения эксплуатациинефтеперегрузочных предприятий,нефтехранилищ или устранениятехнико-технологических причин,загрязненные территории на долгие годыостаются источниками вторичногозагрязнения окружающей среды.

Экологическаястратегия освоения месторожденийуглеводородного сырья, ввода вэксплуатацию новых нефтетранспортныхмагистралей и терминалов не может неучитывать накопленный опыт хранения итранспортировки нефтепродуктов.Наибольшим, на сегодняшний день,практическим опытом транспортировки нефтии нефтепродуктов по Балтийскому морюобладает Вентспилская нефте-транспортнаясистема, которая с 1961 по 2001 являласьединственным предприятием подобногопрофиля в Балтийском регионе.

Проблемы экологическойбезопасности при добыче и транспортировкенефти и нефтепродуктов привлекали ипривлекают большое внимание ученых разныхстран ввиду своей актуальности.Значительный вклад в разработку различныхнаправлений, связанных снефтезагрязнением различных сред, внеслитакие ученые, как Патин С.А., Пиковский Ю.И.,Глазовская М.А., Исмаилов Н.М., Хазиев Ф.Х.,Калачников И.Г., Миронов О.Г., Бачурин Б.А.,Одинцова Т.А., Минигазимов Н.С., БикбулатовЭ.С, Adlard E.R., Hubbard E.H, Edwards N.T. В трудах этихученых нашли отражение вопросытех-ногенеза в районах нефтедобычи, а такжена стадиях транспортировки и храненияэнергоносителей. Вместе с тем,предшествующими работами далеко неисчерпан круг проблем, касающихсяэкологической безопасноститранспортировки энергоносителей, вчастности, оценки риска загрязненияокружающей среды отдельными элементамитехнологических системтранспортно-перегрузочных комплексов, атак же разработки комплексных мероприятийпо санации загрязненных территорий,переработке и утилизации нефтеотходов,образующихся при добыче, транспортировке ихранении энергетических полезныхископаемых.

Цель работы: снижение техногенной нагрузкина природную среду при транспортировке ихранении нефти и нефтепродуктов за счётвнедрения комплекса средозащитныхтехнологий.

Задачиисследования:

  • выявление механизмаформирования ореолов нефтяногозагрязнения почв, зоны аэрации и грунтовыхвод, исследование кинетики миграциитехногенных линз плавающихнефтепродуктов;
  • оценка интенсивностимиграции нефтезагрязнений в гидросфере игеологической среде, исследованиепроцессов самоочищения пород зоны аэрациии грунтовых вод;
  • риск-анализтехногенного воздействияпроизводственных объектов потранспортировке и хранению полезныхископаемых методом логического анализаошибок (ЛАО), систематизация фактороввозникновения разливов нефтепродуктов втехнологических процессах;
  • обоснование основныхстадий рациональной технологии очисткипочвогрунтов и вод с утилизациейобразующихся при этом нефтеотходов;
  • оценкаэколого-экономической эффективностиприменения предложенного комплексаметодов санации и биоремедиациизагрязненных территорий.

Идея работы: для снижения техногенной нагрузкииспользовать комплекс физико-химических ибиодеграционных технологий санациигрунтовых вод и пород зоны аэрации сутилизацией образующихся при этомразличных нефтеотходов (сточных вод,нефтешламов).

Научная новизна работы:

выявлены зависимостиформирования лито- и гидрохимическихореолов и потоков загрязнения притранспортировке, хранении и перегрузкеминерального сырья в зависимости от уровняприродной и технической защищенностиприповерхностных отложений и грунтовыхвод, типа и времени нахождениязагрязняющих компонентов в природныхводах, почвах и зоне аэрации, миграционнойспособности загрязнителя;

- установленызакономерности риска негативноговоздействия на почвогрунты и грунтовыеводы нефтеперегрузочного комплекса повсей технологической цепочке,базирующиеся на методе логическогоанализа ошибок (ЛАО), учитывающиевероятность и объем потерь нефтепродуктовв технологических процессах, позволяющиевыявить наиболее экологически опасныетехнологические операции и участки.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕПОЛОЖЕНИЯ

1. Многолетнеефункционирование Вентспилского комплексапо хранению, перегрузке и транспортировкеминерального сырья привело к формированиюлитохимического ореола загрязнениянефтепродуктами площадью 70 га,гидрогеохимического ореола загрязненияплощадью 35 га с пространственнымраспределением концентрацийнефтезагрязнений в приповерхностныхотложениях и грунтовых водах поэкспоненциальному или степенному закону,параметры которого зависят отхимической формы нахождения загрязняющихкомпонентов, фильтрационно-емкостныхсвойств грунтов, миграционной способностизагрязнителя.

2. Ранжированиетехнологических процессов по степениэкологической опасности и выявлениеобъектов для первоочередной санациидолжно производиться методом логическогоанализа ошибок (ЛАО), позволяющимсистематизировать факторы возникновенияразливов нефтепродуктов при ихтранспортировке, хранении иперегрузке.

3. Снижениеэкологической опасности Вентспилскогокомплекса может достигаться санациейтерритории на месте (in situ) с помощьюпоэтапной технологии, заключающейсяизначально в откачке свободногонефтепродукта из нефтяных линз, а затем– в откачкезагрязненных грунтовых вод с ихпоследующей очисткой на поверхности,аэрацией загрязненной зоны игидравлической промывкой грунтамикробиологически обогащеннымиводами.

Методикаисследования. В качествеосновных методов исследованияприменялись:

  • системно-структурныйанализ зоны воздействия нефтепродуктов наприродную среду;
  • аналитические,экспериментальные и гидрогеохимическиеработы в лабораторных и полевыхусловиях;
  • системный анализмноголетних статистических данных обаварийных ситуациях и отказахтехнологического оборудования;
  • методы математическойстатистики, аналогового и численногомоделирования;
  • экспериментальныеисследования и опытно-промышленныеиспытания технологии санации грунтовыхвод и утилизации нефтеотходов.

Достоверность научныхположений, выводов и рекомендацийподтверждается значительным объёмомфактического материала, использованиемсовременных методов математическогоанализа и компьютерного моделировании,сходимостью полученных результатов сисследованиями других авторов, а такжеположительным опытом практическогоиспользования разработок.

Практическаязначимость работы:

  • выполнена оценкаэкологических рисков для всехтехнологических процессов и оборудованияна территории Вентспилскогонефтеперегрузочного портового комплекса;
  • разработанакомплексная целевая программагидрогеоэкологических исследований итехнико-инженерных мероприятий,направленных на поэтапное снижение уровнянефтяного загрязнения подземных вод и егоэкологической опасности;
  • проведенотехнико-экономическое обоснованиевнедрения безотходных природоохранныхтехнологий для минимизации количестванефтеотходов путем их утилизации.

Личный вклад автораработы заключается впостановке цели, задач и разработкеметодологии исследования, в личном участиив проведении полевых исследованийзагрязненных почв и грунтовых вод,анализе рисков техногенного воздействиянефтетранспортных производственныхобъектов, анализе механизмов формированиянефтезагрязнения гидрогеосферы,обосновании методики проведениялабораторных и полевых исследованийзагрязнения грунтовых вод, обобщении исистематизации результатов лабораторных иопытно-промышленных испытаний технологиисанации грунтовых вод, обосновании иразработке оптимальной технологии санациигрунтовых вод, проведенииопытно-промышленных испытанийразработанной технологии санации иобезвреживания нефтезагрязненийгидрогеосферы.

Реализацияработы:

  • на основе анализаэкологических рисков разработана иосуществляется научно обоснованнаяпрограмма первоочередных мер по улучшениюэкологической ситуации напредприятии;
  • в результате внедренияпредложенных мероприятий по санациигидрогеосферы в период с 1998 года по 2006 годна территории предприятия максимальнаямощность линзы плавающих нефтепродуктов взоне железнодорожной эстакады снизилась в2-3 раза, площадь линз уменьшилась более чемв 5 раз, масса нефтепродуктов в грунтовыхводах уменьшилась в 10 раз;
  • разработанныетехнико-экономические предложения покомплексной утилизации нефтеотходовприняты за основу задания напроектирование технологии обезвреживаниянефтеотходов, образующихся в процессепроизводственной деятельностиВентспилского нефтетранспортногокомплекса.

Апробация работы:содержание и основные положениядиссертационной работы докладывались наежегодных конференциях молодых ученых истудентов СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемыеРоссии и их освоение» (СПб, 2003-2006 г.г.),Международной научно-практическойконференции «Новые технологии вметаллургии, химии, обогащении иметаллургии» (СПб, 2004), VIII Международнойнаучно-практической конференции «Экологияи жизнь» (Пенза, 2005).

Публикации. По темеработы опубликованы в открытой печати 4печатных труда.

Объем и структураработы. Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения ибиблиографического списка. Содержит 196страниц машинописного текста, 63 рисунка, 41таблиц, 2 приложения и список литературы из105 наименований.

Автор искреннеблагодарен проф. М.А.Пашкевич за научноеруководство работой и проф. Ю.В.Шуваловуза ценные научные консультации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Многолетнеефункционирование Вентспилского комплексапо хранению, перегрузке и транспортировкеминерального сырья привело к формированиюлитохимического ореола загрязнениянефтепродуктами площадью 70 га,гидрогеохимического ореола загрязненияплощадью 35 га с пространственнымраспределением концентрацийнефтезагрязнений в приповерхностныхотложениях и грунтовых водах поэкспоненциальному или степенному закону,параметры которого зависят от формынахождения загрязняющих компонентов,фильтрационно-емкостных свойств грунтов,миграционной способностизагрязнителя.

За более чем 40-летнийпериод деятельности морскогонефтеперегрузочного комплекса «Вентспилснафта» производственная территорияподверглась значительным техногеннымнагрузкам, обусловленным ежегоднымипотерями нефти и нефтепродуктов (НП) до 17тыс.т., что привело к формированиювысококонтрастных лито- и гидрохимическихореолов загрязнения.

Проведение комплекснойэкологической экспертизы районатехногенного воздействия терминала(бурение, опробование, химический анализобразцов почвогрунтов и грунтовых вод)позволило выявить, что в верхнихгоризонтах почвогрунтов происходит восновном просачивание (нисходящаяфильтрация) легких фракций НП, которыенасыщают поровое пространство зоныаэрации. Одновременно с фильтрацией в зонеаэрации действуют такие процессы какиспарение и окисление компонентовнефтезагрязнений, а также сорбцияуглеводородов органической и минеральнойматрицей почвы. Наиболее интенсивнонакопление нефтезагрязнений происходит нагеохимических барьерах, в роли которыхвыступают гумусовый слой почвы и глинистыепылеватые фракции минеральной матрицыпочв. Зеркало грунтовых вод (ГВ) являетсяестественным барьером, ограничивающимраспространение нефтепродуктов по глубинелитосферы, что обуславливает формированиена зеркале ГВ нефтяных линз. Наиболеемощная нефтяная линза сформировалась взоне железнодорожной эстакады (ЖДЭ)перегрузочного цеха (рисунок 1).

Геоэкологическиеисследования химического состава почв наразличных участках портовой территориипроводились путем 2-х-уровнего опробования(на глубине 0,5 м и 1,5-3,0 м)(рисунки 2 и 3).

Приповерхностныеотложения на глубине 0,5 м на участкежелезнодорожной эстакады загрязнены посравнению с фоновыми показателями наплощади свыше 18 га, при этом коэффициентконтрастности в эпицентре загрязнениядостигает значения 50 единиц. Основнымиформами нахождения углеводородовявляются: сорбированная минеральной иорганической матрицей почвогрунтов икапиллярно-защемленная.

На глубине 1,5 – 3,0 мсформировался литохимический ореолзагрязнения нефтепродуктами площадью 70 га.Коэффициент контрастности загрязнения научастке площадью 7,2 га в районежелезнодорожной эстакады превышает 75единиц. Основной механизм формированиялитохимического ореола - сорбированиеполлютанта из подземных вод грунтами зоныаэрации. Преимущественное направлениемиграции нефтезагрязнений определяетсяориентацией гидродинамического потокагрунтовых вод. Наиболее контрастныелитохимические аномалии, сформировавшиесяв зоне аэрации на уровне колебанийгрунтовых вод и капиллярной канвы,приурочены к нефтяным линзам, а также кучасткам с повышенными сорбционнымихарактеристиками почвогрунтов (увеличениесодержания пылеватых и глинистых фракций игуминовых кислот).

Систематическое идолговременное загрязнение почвогрунтов ивод поверхностного стока в процессетранспортировки, перегрузки и хранениянефти и нефтепродуктов на территорииВенспилского терминала привело кзначительному загрязнению подземных вод,индикатором максимальной степени которогоявляется появление слояплавающих нефтепродуктов (СПНП) мощностью 0,05-3 м, представленныхпреимущественно легкими фракциями (бензин,керосин, дизельное топливо), которыеобладают в грунтах наибольшей проникающейспособностью.

Наличие очаговзагрязнения в виде СПНП привело кформированию гидрогеохимического ореолаплощадью 35га, эпицентром которого являетсязона железнодорожной эстакады (рисунок 4).Влияние нефтепродуктов,депонированных в почвогрунтах, наколичество и состав нефтезагрязнениягрунтовых вод обусловлено их вымываниеминфильтрационными потоками, питающимиподземные воды в данном регионе. Вэпицентре загрязнения концентрациянефтепродуктов в грунтовых водахпревышает 600 мг/л, снижаясь на периферииореола до 5 мг/л.

Проведенныеисследования позволили установить, чтообщая концентрация нефтезагрязнения в ГВэтой зоны складывается из двухсоставляющих:

,(1)

где -концентрация эмульгированныхнефтепродуктов, -концентрация водорастворимых компонентов(аквабитумоидов).

Установлено, чтораспространение аквабитумоидовподчиняется экспоненциальной зависимости(рисунок 5):

,(2)

где Сr-концентрация загрязняющего вещества, г/л;Cmax –максимальная концентрацияаквабитумоидов в грунтовых водах (25-30 мг/л);r - расстоянием; гв –коэффициент ослабления в грунтовых водах -константа для данного типа загрязнения игрунта.

Значение параметрамиграции нефтезагрязнений в грунте игрунтовых водах определяется природной итехнической защищенностью почвогрунтов отзагрязнения, формой нахождения и составомуглеводородных компонентов загрязнения вгрунтовых водах, фильтрационными,сорбционными характеристиками ивлагонасыщенностью почвогрунтов.

 Миграционныехарактеристики растворенных НП -4

Рисунок 5 - Миграционныехарактеристики растворенных НП

Миграцияэмульгированных нефтезагрязненийнаиболее адекватно описывается степеннойзависимостью:

, (3)

Коэффициент a имеет физическоезначение удельного снижения концентрациина 1 м пути распространения ( мг/кг*м), апоказатель степени b отражает степень нелинейностимиграционной способности загрязнения(рисунок 6).

Рисунок 6 -Пространственная зависимостьконцентрации эмульгированных -6Рисунок 6 -Пространственная зависимостьконцентрации эмульгированных НП вгрунтовых водах в направлении 7а-10а

Общая массанефтезагрязнений m, накопленных в зонетехногенного воздействия терминала,складывается из растворенных (m1) и эмульгированных(m2)углеводородов в загрязненных грунтовыхводах; нефтепродуктов в гравитационносвободной фазе, находящихся в поровомпространстве грунтов, вмещающих нефтяныелинзы (m3);адсорбированных и капиллярно-защемленныхпродуктов в ненасыщенной (m4) и насыщенной(m5) зонахгрунта (таблица 1).

Таким образом, общееколичество нефтезагрязнений,депонированных в различных средах натерритории перегрузочного цехаВентспилского терминала превышает 20000тонн, при этом основной вклад составляютсорбированные и капиллярно-защемленныеуглеводороды в периодически обводняемойзоне аэрации и в гравитационно-свободнойформе в нефтяных линзах на зеркалегрунтовых вод, причем основное загрязнениеприродных вод нефтепродуктами обусловленосистематическими потерями нефтепродуктовпри транспортировке, хранении, перегрузкена территории нефтетерминала, которыебольше, чем на порядок, превышают объемпотерь, связанных с чрезвычайнымиситуациями.

Таблица 1 - Расчетколичества нефтезагрязнений на территорииперегрузочного цеха



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.