CC BY
237
А. А. Фаухутдинов, В. И.Сафарова, В. Ф.Ткачев, А. Т. Магасумова,
Г. Ф. Шайдулина, А. М. Сафаров, А. А. Колчина, Л. К. Шихова, Г. И. Теплова
Влияние объектов нефтедобычи и нефтепереработки на качество природных вод
Министерство природопользования, лесных ресурсов и охраны окружающей среды РБ, ГУ Управление государственного аналитического контроля Минприроды РБ 450104, г. Уфа, ул. Российская, 21, е-mail: [email protected]
Установлено влияние утечек сточных вод с промышленной площадки крупного нефтехимического предприятия и многолетних скоплений нефтепродуктов в почвогрунтах на качество подземных вод и воды р. Белой в районе г. Ишимбая.
Ключевые слова: нефтяные линзы, подземные воды, органические токсиканты, отпечатки предприятий.
Введение
Проблема загрязнения гидросферы органическими токсикантами, в том числе нефтепродуктами, в последнее время стала глобальной 1. По количеству загрязняющих веществ и масштабу негативного воздействия на окружающую среду приоритет принадлежит нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, поэтому данная проблема актуальна и для Республики Башкортостан.
Потенциальными источниками загрязнения природных вод в зонах влияния предприятий нефтяной отрасли, кроме официальных сбросов сточных вод, могут быть пруды-накопители сточных вод, шламоотстойники, места хранения отходов, а также многолетние скопления нефти и нефтепродуктов, образовавшиеся в результате эксплуатационных и аварий-
2 3
ных утечек и проливов в почву 2’ 3.
На левом берегу р. Белой в районе г. Ишимбая в период летней межени неоднократно наблюдался интенсивный выход нефтепродуктов с подземными водами. На этой территории на протяжении многих лет разрабатывалось крупное нефтяное месторождение, действовал нефтеперерабатывающий завод, а в настоящее время функционируют предприятия нефтяного профиля.
Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания, проведенные в районе г.Ишимбая, показали присутствие в грунтах зоны аэрации скоплений нефтепродуктов
Дата поступления 11.02.08
в виде линз мощностью от 2 до 6 м, а также наличие утечек сточных вод с очистных сооружений одного из нефтехимических заводов (НХЗ), которые представляют реальную опасность как для подземных вод данного участка, так и для р. Белой.
Цель данной работы заключалась в установлении влияния выявленных неорганизованных источников загрязнения на качество подземных вод и воды р. Белой.
Объекты и методы исследований
Объектами исследования являлись поверхностные и подземные воды левобережной части р. Белой в районе г. Ишимбая и сточные воды НХЗ, расположенного на обследуемой территории.
Пробы воды для анализа отбирали согласно нормативным документам 4 5.
Характер движения подземных вод в период исследования определяли путем измерения их уровня в наблюдательных скважинах.
Анализ сточных и природных вод на содержание органических соединений проводили методами хромато-масс-спектрометрии (ХМС), высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и ИК-спектрометрии 6-9.
Гидрогеологическая характеристика изучаемой территории
Исследуемый участок протяженностью 7.5 км и шириной 7 км находится на первой надпойменной террасе долины р. Белой, где распространен аллювиальный четвертичный водоносный горизонт. Оценка гидрогеологической обстановки территории была проведена с использованием сети наблюдательных скважин, размещенных между промышленной площадкой НХЗ и рекой Белой по 5 условным створам (рис. 1). Геолого-гидрогеологические разрезы, построенные по створам наблюдательных скважин, показывают, что в створах 3—5 (рис. 2) в летне-осеннюю межень уровень
Рис. 1. Схема расположения наблюдательных скважин на левом берегу р. Белой в районе г. Ишимбая
Почвенно-растительный слой: Ш,
Гравийно-галечные отложения с песчаным заполнением: 0 <> -9’ ■о э *
Суглинок;
Глина;
— -
Песок;
Галечник с гравием и песком
Наблюдательная скважина. Цифры: вверху номер, внизу — глубина скважины, м; слева — средняя глубина уровня воды на периоды летне-осенней межени 2000 и 2001 гг., м; справа — глубины залегания подошвы слоев отложений, м. Окружности внутри знака скважины — интервал фильтра.
Индексы геологического возраста отложений: аа — аллювиальных четвертичных, Ы2 — плиоценовых, Р2 — верхнепермских
Рис. 2. Геолого-гидрогеологические разрезы по створам 3 и 5.
грунтовых вод проходит через зону слабопроницаемых суглинков, глин и супесей, попадая в гравийно-галечные отложения на узкой полосе, прилегающей к урезу воды р. Белой, где и наблюдается выход нефтепродуктов в реку на участке длиной около 400 м.
Грунтовые воды на территории левобережья являются безнапорными. В меженные периоды глубина их вскрытия составляет 1.5—5.0 м при средней глубине — 3.0 м, при наибольшей — у р. Белой. Средняя мощность водонасыщенных пород — 5.4 м при колебаниях ее от 3.2 до 7.9 м. Ниже водоносного горизонта залегают водоупорные глины плиоцена.
Результаты замеров уровня грунтовых вод в наблюдательных скважинах, проведенные в период исследования, свидетельствуют об устойчивости движения подземных вод в летне-осенний период.
Общее направление движения подземных вод происходит от промышленной площадки предприятия к р. Белой с уклоном 0.001, скоростью фильтрации 0.15 м/сут. и действительной скоростью движения 0.75 м/сут., которые определялись по средней величине коэффициента фильтрации для гравийно-галечных отложений — 150 м/сут. при водоотдаче этих отложений равной 0.2. Расход подземных вод составляет 5670 м3 /сут. Около половины этого объема разгружается в реку, а вторая — мигрирует в виде подруслового потока ниже дна реки вниз по течению. При этом минимальный расход воды в р. Белой составляет 22 м3/сек.
При общем движении подземных вод к р. Белой вдоль линии, соединяющей скважины 12, 16 и 17 и пересекающей площадку очистных сооружений предприятия, наблюдается более высокое положение гидравлической поверхности подземных вод, что, по всей вероятности, связано с утечкой сточных вод из прудов-отстойников очистных сооружений.
Экспериментальная часть
Программа исследований предусматривала отбор и анализ проб сточных вод (промышленных и промливневых, воды прудов-отстойников очистных сооружений) НХЗ и природных вод прилегающей территории. Исследование сточных вод заключалось в установлении в них состава органических ингредиентов и выделении соединений, специфичных для нефтехимического производства, обнаружение которых в подземных водах будет являться подтверждением факта утечек сточных вод.
Оценку влияния исследуемого объекта на качество подземных вод осуществляли по результатам анализа воды из наблюдательных скважин, расположенных в непосредственной близости к источникам загрязнения и по направлению движения подземных вод (табл. 1).
Оценку суммарного влияния промышленных объектов, расположенных на левом берегу р. Белой, и многолетних нефтяных скоплений в почвогрунтах этого участка на подземные воды проводили по результатам определения нефтепродуктов в воде всех наблюдательных скважин, заложенных в пределах исследуемой территории.
Влияние подземных вод на р. Белую оценивали в летне-осеннюю межень по загрязненности воды нефтепродуктами, в трех контрольных точках (рис. 1):
— выше участка выхода нефтепродуктов (т. 1);
— на участке выхода нефтепродуктов (т. 2);
— ниже участка выхода нефтепродуктов (т. 3).
Загрязненность воды нефтепродуктами определяли по результатам визуального осмотра поверхности воды и анализа их растворенных форм.
Результаты определения нефтепродуктов в воде наблюдательных скважин представлены
Таблица 1
Обоснование выбора наблюдательных скважин для оценки влияния предприятия
на качество подземных вод
Наблюдательные скважины, используемые для отбора проб Цель отбора
Скв. 12 и 7, расположенные к востоку от промпло-щадки по направлению движения подземных вод Оценка влияния промышленной площадки НХЗ на качество подземных вод
Скв.16, расположенная сразу после очистных сооружений по направлению движения подземных вод Оценка влияния очистных сооружений предприятия на качество подземных вод
Скв. 10, расположенная восточнее скв. 16 Оценка суммарного влияния промышленной площадки и очистных сооружений на подземные воды
Скв. 11 и 17, расположенные вдоль участка разгрузки подземных вод в р. Белую Оценка динамики загрязненности подземных вод по выбранным створам (3 и 4) наблюдения и установление качества подземных вод, поступающих в реку Белую
в табл. 2 и отражены на рис. 3; содержание очистных сооружений, а также проб подзем-нефтепродуктов в воде р. Белой приведено ных вод, отобранных из наблюдательных в табл. 3. Результаты анализа сточных вод скважин по створам 3, 4, приведено в табл. 4. НХЗ, отобранных из сброса и из отстойника
Таблица 2
Динамика среднемесячных концентраций нефтепродуктов в пробах воды, отобранных из наблюдательных скважин
Дата отбора проб Содержание нефтепродуктов, мг/л
Створі Створ2 Створ 3 Створ 4 Ство р 5
Скв. 2 Скв. 3 Скв. 4 Скв. 5 Скв. 6 Скв. 7 Скв. 8 Скв. 10 Скв. 11 Скв. 16 Скв. 17 Скв. 12 Скв. 13 Скв. 14 Скв. 15
07.00 <0.05 <0.05 0.55 0.08 0.05 <0.05 0.11 0.08 0.08 <0.05 0.05 0.06 0.06 0.08 0.10
08.00 0.05 0.07 0.75 0.10 0.10 0.13 0.07 0.05 0.12 0.09 0.09 0.13 0.09 0.06 0.05
10.00 0.08 <0.05 1.0 0.10 <0.05 0.34 0.22 0.19 0.20 0.17 0.05 <0.05 0.07 0.07 0.12
09.01 0.09 <0.05 3.7 0.10 0.09 0.83 0.28 0.26 0.37 <0.05 <0.05 0.25 <0.05 0.08 0.11
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
1 створ
2 створ
3 створ
07.2000
4 створ
5 створ
"Зі
ч:
-&
<и
ч:
о
О
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1 ,2 1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
1 створ
2 створ
1 створ
2 створ
08.2000
Ью ,__
°-
=_
]=□
3 створ
4 створ
5 створ
3 створ
4 створ
5 створ
Рис. 3. Динамика усредненных концентраций нефтепродуктов в подземных водах левобережья р. Белой в районе г. Ишимбая
0
Содержание нефтепродуктов в воде р. Белой, отобранной в период выхода нефтепродуктов в реку
Место и дата отбора пробы Содержание нефтепродуктов, мг/дм3
07.00 08.00 08.00 10.00 09.01
т. 1 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05
т. 2 <0.05 <0.05 0.06 0.06 0.14
т. 3 <0.05 0.07 0.05 0.10 0.05
Примечание: ПДК нефтепродуктов в растворенном и в эмульгированном состоянии для воды водоемов рыбохозяйственного назначения 0.05 мг/дм3
Таблица 4
Содержание приоритетных органических соединений в подземных водах и в сточных водах НХЗ
Определяемый ингредиент Содержание загрязняющих веществ, мг/дм3
Сточные воды НХЗ Ниже границы промплощадки предприятия Сточные воды из отстойных прудов ОС НХЗ Ниже очистных сооружений НХЗ
Створ 4 Створ 3
Створ 4 Створ 3
Скв. №12 Скв. №7 Скв. №16 Скв. №17 Скв. №10 Скв. №11
Фенол 0.57 0.0014 0.093 0.095 0,0009 0.0012 0.0008 не обн.
Сумма алкилфенолов С9-С14 0.18 0.001 0.020 не обн. не обн. не обн. 0.095 не обн.
Сумма алкилбензолов С7-С14 4.412 0.011 0.091 не обн. 0.036 0.02 0.007 не обн.
Сумма изомеров спиртов СпИ2пО (п = 13,14) 0.219 не обн. не обн. 2.41 0.006 не обн. 0.01 не обн.
Карбоновые кислоты, в т. ч. этилгексановая 1.243 0.657 0.288 0.009 0.348 0.012 8.20 1.60 0.57 0.009 0.016 0.009 0.48 0.005 0.14 0.008
Бензойная кислота 0.412 не обн. не обн. 2.66 0.001 0.001 не обн. 0.0003
Фталевый ангидрид 0.028 0.001 0.001 2.78 не обн. не обн. 0.005 не обн.
Обсуждение результатов
Приоритетным загрязняющим веществом, обнаруженным в природных средах левобережья р. Белой в районе г.Ишимбая, являются нефтепродукты, поступление которых в подземную и поверхностную гидросферу исследуемого участка могло происходить как со сточными водами нефтехимического предприятия, так и за счет нефтяных линз, сформировавшихся в почвогрунтах.
Из результатов, представленных на рис. 3, видно, что подземные воды характеризуются относительно невысоким и неравномерным содержанием растворенных нефтепродуктов (<0.05—3.7 мг/дм3). Обнаруженные концентрации в скв.4 (0.55—3.7 мг/дм3) и в скв.7 (0.13—0.83 мг/дм3), расположенных на границе НХЗ, скорее всего, обусловлены влиянием промплощадки.
Во всех пробах воды из наблюдательных скважин визуально установлено отсутствие пленки и эмульгированных нефтяных частиц, являющихся признаком наличия свободной нефти или нефтепродуктов в воде наблюда-
тельных скважин. Это свидетельствует о том, что ни одна из них не проходит через «тело» линз; контакт подземных вод с имеющимися скоплениями нефтепродуктов происходит без образования эмульгированной составляющей; поступление в подземные воды эмульгированных нефтяных частиц со сточными водами предприятия отсутствует. На основании этого можно сделать вывод о том, что нефтяные линзы локализуются на первом от поверхности безнапорном горизонте грунтовых вод.
В период исследования, приуроченный к летне-осенней межени, когда уровень воды опускался ниже гравийно-галечного горизонта, нефтепродукты поступали в реку Белую из берегового склона, и на поверхности воды визуально обнаруживались радужные пятна нефтяной пленки. Это являлось причиной локального загрязнения отдельных участков реки нефтепродуктами. По результатам анализа воды установлено, что в месте выхода нефтепродуктов содержание растворенных форм превышало ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения не более чем в 2.8 раза,
концентрация в фоновом створе была ниже ПДК, а в пробах воды, отобранных ниже по течению реки от места выхода нефтепродуктов, составляла 1-2 ПДК.
При минимальном расходе воды в р. Белой в створе г. Ишимбая 22 м3/с доля поступающих подземных вод (5670 м3/сут., 0.0656 м3/с) на этом участке реки не превышает 0.30% от общего расхода воды в реке. На основании этого можно считать, что подземные воды с максимальной концентрацией нефтепродуктов 3.7 мг/дм3, обнаруженной в период исследования, не окажут существенного влияния на состояние воды в р. Белой, благодаря процессам разбавления. Однако не исключено, что локальные участки акватории р. Белой в месте выхода подземных вод могут быть загрязнены нефтепродуктами при более высоких уровнях их содержания в подземных водах.
Помимо нефтепродуктов, в подземных водах территории левобережья выявлены загрязняющие вещества органической и неорганической природы.
Для оценки влияния промплощадки НХЗ на загрязнение подземных вод исследуемой территории проводили сравнение состава органических ингредиентов в сточных водах предприятия и в воде наблюдательных скважин.
Методом ХМС установлено, что в сточных водах предприятия, помимо нефтепродуктов, присутствуют более 50-ти соединений: фенолы и алкилфенолы, бензол и его производные, спирты, алкилфталаты, карбоновые кислоты, в том числе этилгексановая, фтале-вый ангидрид, бензойная кислота, полицикли-ческие ароматические углеводороды и другие. Обнаруженные соединения представляют собой сырье (карбоновые кислоты, фенол, ал-килфенолы, спирты), промежуточные и конечные продукты производства (бензол, толуол, ксилолы, спирты), а также продукты их трансформации (кислородсодержащие соединения, бензоуксусная кислота и др.).
В качестве приоритетных органических соединений из этого списка были выбраны: ал-килфенолы, изомерные спирты, фталевый ангидрид, бензоуксусная и этилгексановая кислоты. Указанные вещества являются соединениями, специфичными (индикаторными) для нефтехимического производства.
Наибольший интерес для оценки влияния промплощадки предприятия на подземную гидросферу представляло изучение состава загрязняющих компонентов в воде скважин, образующих створы 3 и 4, проходящих через территорию очистных сооружений НХЗ.
Из результатов анализа подземных вод (табл. 4) видно, что в скважинах 12 и 7, расположенных за промплощадкой предприятия, были обнаружены фенол, алкилфенолы, ал-килбензолы, фталевый ангидрид, этилгексано-вая кислота, которые присутствуют в сточных водах нефтехимического производства. Их можно считать «отпечатками» данного предприятия 10. В этих же скважинах найдены кислородсодержащие соединения неустановленной структуры, свидетельствующие о протекании в подземных горизонтах процессов окисления и распада органических веществ.
Набор индикаторных соединений НХЗ (алкилбензолы, спирты, этилгексановая и бензойная кислоты) был обнаружен в скважинах 16 и 10, расположенных ниже очистных сооружений. Появление в скважине 16 спиртов и двукратное увеличение концентрации карбоновых кислот, по сравнению со скв.12, является проявлением воздействия отстойных прудов очистных сооружений предприятия на подземные воды. Те же соединения, за исключением изомеров спиртов, были выявлены в скв. 17, расположенной на берегу р. Белой.
В 10-й скважине кроме соединений, указанных в табл. 4, были также найдены 1,2-дихлорэтен, дифениловый эфир, дибензо-фуран, производные дифенила. Эти компоненты в сточных водах НХЗ в период обследования не были обнаружены. Однако загрязнение ими природных вод может быть объяснено только техногенными причинами, произошедшими ранее, такими, как утечки технологических растворов при нарушении герметичности оборудования и коммуникаций.
Далее по створу 3 в скважине 11 были обнаружены органические кислоты, в том числе бензойная и этилгексановая, являющиеся «отпечатками» предприятия.
Все эти факты говорят о влиянии сточных вод очистных сооружений нефтехимического производства на подземные воды территории левобережья реки Белой в районе города Ишимбая.
Таким образом, в результате исследования состава сточных вод одного из нефтехимических производств, являющегося наиболее крупным источником загрязнения гидросферы в районе г. Ишимбая, выделены вещества, специфичные для данного предприятия: нефтепродукты, алкилфенолы, изомерные спирты, фталевый ангидрид, бензойная и этилгексано-вая кислоты.
Показано, что загрязнение подземных вод нефтепродуктами неравномерное и в целом
4.
5.
6.
сравнительно невысокое. Контакт подземных 3. вод с нефтяными линзами происходит на первом от поверхности безнапорном горизонте подземных вод без образования эмульсии.
Влияние промплощадки НХЗ, в том числе его очистных сооружений, на состояние подземной гидросферы подтверждено обнаружением индикаторных соединений, специфичных для данного производства, а также приростом содержания нефтепродуктов и других органических соединений в скважине 10, характеризующей суммарное влияние промпло-щадки и очистных сооружений.
Многолетние подземные скопления нефтепродуктов, выявленные на промышленных 7 площадках предприятий нефтяной отрасли, расположенных на левобережной части р. Белой в районе г. Ишимбая, являются существенным источником загрязнения подземных вод, и, благодаря тесной взаимосвязи подземной и поверхностной гидросферы, приводят к загрязнению воды р. Белой. Перенос нефтепродуктов и других загрязняющих веществ от 8 источников загрязнения осуществляется с участием подземных сточных вод при их направленном движении в сторону реки Белой.
9.
Литература
1. Пиковский Ю. И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде.— 10 М.: МГУ, 1996.- С. 207.
2. Гольдберг В. М. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения.- М.: Недра, 1984.- С. 268.
Гольдберг В. М., Арбузов А. И., Ковалевский. Загрязнение подземных вод нефтепродуктами — его особенности, реабилитация и утилизация // Тез. докл. Второго Международного конгресса «Вода, экология и технология» (АКВАТЭК-96).-17-21.09.1996 г, СИБИКОИНТ.- С.126.
ГОСТ 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб.
ГОСТ 17.1.4.01-1980. Общие требования к методам определения нефтепродуктов в природных и сточных водах.
Методика ПНД В МСУ ХМС 3.4-017 выполнения измерений содержания летучих органических компонентов в пробах природных, очищенных сточных и сточных вод методом парофазного анализа в сочетании с газовой хроматографией и масс-спектрометрией, УГАК, Уфа. Методика выполнения измерений массовой концентрации органических соединений (нитробензола, дибутилфталата, триаллата, 2,4-дихлор-фенола, 2,4,6-трихлорфенола, о-хлорфенола, фенола, о-п-крезола, нафталина, п-хлорфенола, 2,6-дихлорфенола, 2,4,5-трихлорфенола, дифе-нилсульфона, стирола, фенантрена, хлорекса) в пробах очищенных сточных и природных вод методом хромато-масс-спектрометрии. Свидетельство 01.11.301/2001, УНИИМ.
Методика выполнения измерений массовой концентрации органических соединений в воде методом хромато-масс-спектрометрии.-УНИИМ,1994.
Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в воде ИК-спектро-метрическим методом на анализаторе нефтепродуктов АН-2 по ПНД Ф 14.1:2.5-1995.
Сафарова В.И., Кудашева Ф.Х., Фаухутди-нов А.А., Шайдулина Г.Ф. Экоаналитический контроль в системе оценки качества окружающей среды.- М.: Интер.- 2004.- С. 118.
