Экология и безопасность жизнедеятельности / Saksonov - Ekologicheskiy monitoring neftegazovoy otrasli 2007

2.6 Оценкаипрогноз. Планированиеиуправление

Данные, получаемые системой ПЭМ НГК, а также из других источников информации, являются основой для оценки воздействия, прогноза, планирования и управления состоянием окружающей среды в зоне воздействия НГК, поддержания технической и экологическойбезопасности.

Оценка воздействия техногенных и природных факторов заключается в определении параметров их влияния на окружающую природную среду, население и хозяйство. Оценка отклонений их показателей проводится посредством сравнения фактических показателей их состояния с нормативными.

Прогнозирование представляет собой научно-обоснованное предсказание качества экологически обусловленных изменений природных, техногенных и социально-хозяйственных показателей окружающей среды. Планирование заключается в разработке программы организации отраслевого экологического мониторинга и проведения природоохранных мероприятий. Управление включает разработку рекомендаций, принятие решений и осуществление определенных действий, направленных на выполнение проектных задач.

Мониторинг является информационной системой. Указанные операции относятся к предметной области осуществления Ковыктинского газового проекта, что не входит в непосредственную задачу мониторинга. Однако он обеспечивает информационную поддержку и контроль прогнозно-оценочных и управленческих решений, атакжесборотносящихсяк нимданных.

Управление состоянием окружающей среды и регулирование возникающих при взаимодействии природы и общества экологоэкономических отношений носит название экологического менеджмента. Он может эффективно и оперативно осуществляться при наличии постоянно действующей системы сбора, обработки и поступления информации о состоянии окружающей среды, о воздействии на нее природных и техногенных процессов, и тех изменениях, которые происходят в результате управленческих решений. Поэтому управление рассматривается как наиболее важная и завершающая часть экологического мониторинга. В его составе блок управления обеспечивает контроль за организацией и проведением наблюдений,

61

сбором и обработкой информации обо всех этапах осуществления проекта. В задачу управления также входит проверка и корректировкапринятыхрешений.

Задачи управления ПЭМ НГК подразделяются на две группы: основные и обеспечивающие. Основные задачи связаны с основным информационным производством, которое занимается получением экологических данных, их анализом и предоставлением потребителям экологической информационной продукции. Обеспечивающие задачи мониторинга направлены на решение вопросов создания, развития и поддержания регулярной (штатной) эксплуатации ПЭМ НГК.

Управление в системе ПЭМ может быть жестким и мягким, прямым и косвенным. Оно может осуществляться при помощи технических, технологических, экономических, проектных, норма- тивно-правовыхидругихмероприятий.

Контрольные вопросы

1.Нормативно-правовая база, требования к ПЭМ нефтегазового комплекса.

2.Цели и задачи ПЭМ нефтегазового комплекса (ПЭМ НГК).

3.Требования к организации ПЭМ НГК.

4.Принципиальная схема организации ПЭМ НГК.

5.Иерархическая структура ПЭМ НГК.

6.Особенности ведения мониторинга на различных иерархических уровнях.

7.Модель ПЭМ НГК.

8.Объекты мониторинга. Логическая схема их обоснования.

9.Обоснование сети пунктов наблюдения.

10.Проведение мониторинга.

11.Принятие решений на основе мониторинговой информации.

62

3 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В КОНТРОЛЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НЕФТЬЮ

ИНЕФТЕПРОДУКТАМИ

3.1Нормирование загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами

Попадание нефти и ее компонентов в окружающую среду, будь то воздух, вода или почва, вызывает изменение их физических, химических, биологических свойств и характеристик, нарушая протекание естественных биохимических процессов. В ходе трансформации углеводороды нефти способны образовывать токсические соединения, обладающие опасными для здоровья человека свойствами, в том числе и канцерогенными, которые характеризуются стойкостью к микробиологическому расщеплению.

Сложность проблемы заключается не только в ее масштабах, но и в разработке критериев и методов борьбы с этим сложным и непостоянным по своему составу загрязнением. Что же такое нефть и ее производные – нефтепродукты? Нефть, как известно, горючее ископаемое, сложная смесь углеводородов (парафиновых, нафтеновых и в меньшей степени ароматических) с другими органическими соединениями (кислородными, сернистыми и азотистыми). Содержание углерода в нефтях колеблется в пределах 82-87 %, водорода – 11-14 %, серы – 0,1-5 %, а содержание азота и кислорода не превышает десятых долей процента. К кислородным соединениям нефти относятся нафтеновые кислоты, фенолы, асфальто-смолистые вещества. Сернистые соединения содержатся в нефтях главным образом в виде сероводорода, меркаптанов, сульфидов, дисульфидов, тиофенов и тиофанов, азотистые соединения – в виде гомологов пиридина, пиперидина, гидрохинолина. Кроме того, в нефти после ее озоления обнаружено свыше 20 различных элементов (Ca, Fe, Si, Zn, Cu, Al, Mg, Ni, V, Na, Sn, Ti, Mn, Sr, Pb, Co, Ag, Ba, Be, Cr и др.), содержание которых (в перерасчете на нефть) находится в пределах 5х10-6 – 1х10-3 % (Петров, Тюлягин и др, 1999).

В результате переработки нефти получают нефтепродукты (НП) – смеси углеводородов и некоторых их производных: топ-

63

лива (реактивное и газотурбинное топливо, бензины, лигроины, керосины, дизельное топливо, мазут и другое горючее), масла, твердые углеводороды (парафины, церезины и озокериты), битумы, кокс нефтяной, сажу, различные продукты пиролиза нефти (бензол, толуол, ксилол и другие соединения), мылонафты, асидолы, деэмульгаторы, хлорпарафин и др.

Предельно допустимые концентрации нефтяных загрязнений в различных объектах окружающей среды зависят от вида нефтепродуктов или назначения воды и составляет:

для воды – от 0,001 (фенол) до 3 мг/л. Принятое суммарное содержание нефтепродуктов в соответствии с ОСТ 38.01378-85 – 0,05 мг/л;

для почвы – 0,1 мг/кг. Однако ПДК суммарного содержания нефтепродуктов в почве не стандартизировано; установлены ПДК для некоторых видов нефтепродуктов: бензол – 0,3 мг/кг; толуол – 0,3 мг/кг; ксилол – 0,3 мг/кг;

для воздуха – 0,05 – 5 мг/м3.

Разлитые нефтепродукты обычно существуют в четко различимых формах:

свободной – разлитые НП плавают на поверхности открытых водоемов либо, просачиваясь через грунт, образуют на поверхности подземных водоносных горизонтах так называемые линзы (погребенная форма или техногенные месторождения НП); растворенной – НП растворимы в поверхностных или под-

земных водах; адсорбированной – НП связаны с почвогрунами;

испаренной – НП, испаряющиеся с поверхности воды или почвы, а также их пары, мигрирующие в атмосферу через почвогрунты либо защемленные в их поровом пространстве.

Многообразие нефтепродуктов заключает в себе сложность проблемы их мониторинга: каждый из продуктов, имея собственный обусловленный химический сосостав, обладает индивидуальной растворимостью и биодеградацией. Для нефтей, например, растворимость составляет 10 – 50 мг/л, для бензинов – 9 – 505 мг/л, для керосинов – 23 – 5 мг/л, для дизельных топлив – 8 – 22 мг/л. Увеличение растворимости наблюдается в ряду: ароматические > циклопарафиновые > парафиновые, а скорость биодеградации возрастает в ряду: н-алканы > разветвленные алканы >

64

ароматические углеводороды > циклопарафины. Поэтому необходимо разрабатывать специфические методики контроля для каждого отдельно взятого загрязнителя.

Выработка методологии борьбы с загрязнением окружающей среды нефтью и НП крайне сложное дело, поскольку реакция почвы, например, далеко не одинакова с реакцией воздуха или воды. Даже реакция почв на загрязнение нефтью и НП, их чувствительность к этим загрязнителям отличаются в разных почвенных зонах, а также в пределах сопряженных ландшафтов. В случае с водой проблема заключается в том, что нефтяные загрязнения в природных водах имеют тенденцию к рассеиванию и миграции. Различие наблюдается и в поведении объектов водной среды: поверхностных, подземных водах и почвогрунтах. Так, например, в поверхностных водах состав НП под влиянием испарения и интенсивного протекания химического и биологического разложения претерпевает за короткий срок быстрые изменения, а в подземных водах, наоборот, процессы разрушения заторможены.

Минимальный уровень содержания НП в почвах и грунтах, выше которого наступает ухудшение качества природной среды, рассматривается как верхний безопасный уровень концентрации (ВБУК) (Пиковский, 1993). ВБУК НП в почвах зависит от сочетания многих факторов, таких как тип, состав и свойства почв и грунтов, климатические условия, состав нефтепродуктов, тип растительности, тип землепользования и др. Эти нормы должны различаться в зависимости от климатических условий и типов почвообразования.

Верхний безопасный уровень концентрации НП в почвах можно принять за ориентировочный уровень допустимой концентрации (ОДК) в почвах. Ориентировочным допустимым уровнем загрязнения почвы НП предлагается считать нижний допустимый уровень загрязнения, при котором в данных природных условиях почва в течение одного года восстановит свою продуктивность, а негативные последствия для почвенного биоценоза могут быть самопроизвольно ликвидированы. Такая оценка ОДК как общесанитарного показателя может быть дана для верхнего, гумусово-аккумулятивного горизонта почв (примерно до глуби-

ны 20 – 30 см).

65

Вполне очевидно, что ОДК нефти и НП в почве не может быть единым для всех типов почв и природных зон. Он зависит от факторов, определяющих влияние вещества на свойства почв и растений, от потенциала самоочищения почв, от данного вида загрязнения. Главные из таких факторов – химический состав загрязняющего вещества, свойства и состав почв, физикогеографические (главным образом, климатические) условия данной территории (Пиковский, 2003).

Для установления ОДК по общесанитарному показателю рекомендуется различать НП легкого состава (бензин, керосин, дизельное топливо, конденсат) и тяжелые нефтепродукты (нефть с плотностью выше 0,8, мазут, смазочные масла, битумы). Эти две группы НП по-разному влияют на самоочищение почв и требуют разного методического подхода к их определению в почвах.

ОДК для тяжелых НП должны быть ниже, чем для легких. Как показывают экспериментальные данные, большая часть легких фракций НП (40 – 70 %) разлагается, испаряется и рассеивается уже в первые недели и месяцы пребывания в почве.

В обзоре МакДжилла (McGill, 1977) приводятся данные исследователей из разных стран по установлению безопасных пределов содержания нефти и НП в почвах. Эти оценки существенно расходятся по причине резко различных климатических и почвенных условий тех районов, где проводились эксперименты.

На основе обобщения мирового опыта и данных экспериментов МакДжиллом составлена таблица ориентировочных нормативов содержания НП в почвах, подлежащих рекультивации (таблица 3.1).

Таблица 3.1 – Относительная степень нарушенности почв,содержащих различные количества нефти

66

Мониторинг нефтяных загрязнений в окружающей среде является одной из наиболее сложных задач. Обеспечение надежного экономического контроля невозможно без разработки и применения современных измерений (ГОСТ 8 010-90; ГОСТ 08 563-96). В таблице 3.2 приведены методики контроля нефтяных загрязнений в различных объектах окружающей среды.

Таблица 3.2 – Методы контроля нефтяных загрязнений в различных объектах окружающей среды (Энциклопедия…, 1998)

67

68

Примечание: ФЛ – флуориметрия; КХ – колоночная хромотография; ГХ – газовая хромотография; ИКС – инфракрасная спектрометрия; ИК-инфракрасная фотометрия

Наибольшее распространение при количественных оценках уровня нефтяных загрязнении получили методы инфракрасной спектрофотометрии, ультрафиолетовой люминесценции, газовой и газожидкостной хроматографии. Методы инфракрасной спектрофотометрии и ГЖХ используются также для идентификации типов нефтей в технологических целях (при переработке) и в целях обнаружения источника загрязнения для предъявления исков причинителю экологического вреда (Инструкция…, 1994).

3.2.1 ИК-спектрофотометрия

Все органические вещества имеют в инфракрасном диапазоне свои индивидуальные спектры поглощения Положение полос поглощения в ИК-спектрах веществ характеризуется волновым числом v, см-1, или длиной волны λ , мкм (Митчелл и др., 1980). Для ИК-анализа углеводородов используют диапазон от 0,7 до 25 мкм, который обычно разделяют на три области: ближ-

69

нюю — 0,7 – 2,5 мкм или 14300-5000 см-1, область основных частот — 2,5-6 мкм или 4000-1600 см-1, дальнюю — 6-25 мкм или

1600 – 400 см-1.

Ближняя ИК-область аналитических определений в технологических и экологических целях в нашей стране в отличие от многих развитых стран практически не осваивается.

Наиболее широко используется область основных частот. Нормативные документы по анализу суммарных загрязнений окружающей среды нефтепродуктами с ИК спектрометрическим окончанием регламентируют проведение измерений в интервале длин волн 3,30 – 3,5 мкм. Стандартная смесь, содержащая 37,5% изооктана, 37,5% метана, 25% бензола, предназначена для калибровки приборов в этой области. Это обеспечивается рядом причин особенностью приборной базы (достаточно чувствительные и дешевые приемные устройства — фоторезисторы без охлаждения или пироэлектрические приемники, кварцевая оптика, простые оптические схемы); наличием интенсивных полос поглощения

2960 см-1 (3,38 мкм), 2924 см-1 (3,42 мкм), 2850 см-1 (3,5 мкм).

Дальняя ИК-область используется в основном для идентификации источника загрязнения (Инструкция…, 1994), а также для определения типов нефтей (Проскуряков, 1995) по показателю ароматизированности и для структурно-группового анализа.

Пробоподготовка для ИК-детектирования не вызывает сложностей Анализ с помощью ИК-спектрометрии требует малого количества вещества любой молекулярной массы в любом агрегатном состоянии. После анализа вещество сохраняется неизменным (Богомолов и др., 1984). Что касается приборов для ИКспектроскопии, принципиально новым шагом явилось создание лабораторных ИК-спектрометров на основе Фурьепреобразования (таблица 3.1.1.1). Следует заметить, что большинство отечественных и зарубежных портативных ИКанализаторов нефтепродуктов проводят измерение концентраций нефтяных загрязнений на одной длине волны (таблица 3.1.1.1). Из этого ряда следует выделить прибор ИКАН-1, в котором предусмотрена возможность установки любой длины волны в диапазоне от 1,85 до 3,5 мкм с индикацией ее значения на цифровом табло. Это дает принципиально новую возможность проводить анализ многокомпонентных смесей на нескольких длинах волн,

70