Геоэкологическое состояние компонентов природной среды европейского севера в результате загрязнений нефтепродуктами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геоэкологическое состояние компонентов природной среды европейского севера в результате загрязнений нефтепродуктами

Латкин Алексей Юрьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Загрязнение компонентов природной среды: почв, поверхностных и подземных вод нефтепродуктами является одной из основных экологических проблем Архангельской области, включая Ненецкий автономный округ (НАО).

На территории региона добычей, транспортировкой, хранением, отпуском нефти и нефтепродуктов занимаются многочисленные организации, морские и речные порты, воинские части. В Архангельской области размещены многочисленные нефтебазы, базы горючего, склады ГСМ, заправочные пункты, которые в той или иной мере являются потенциальными источниками углеводородного загрязнения природной среды. В НАО в пределах северной части Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции разведано 76 месторождений углеводородов, в том числе 65 нефтяных, 2 газонефтяных, 1 нефтегазовое, 4 нефтегазоконденсатных, 4 газоконденсатных. Ненецкий автономный округ - регион, где доля нефтегазодобычи в промышленности составляет 95%. Рост добычи углеводородного сырья значительно осложнил экологическую ситуацию в регионе. Отличительной особенностью природных условий региона является значительная обводненность территории, наличие многолетнемерзлых пород (ММП), неблагоприятные климатические условия, обширные проявления экзогенных геологических процессов (заболачивание, пучение, термокарст, солифлюкция, морозобойное растрескивание, дефляция и др.). Все это не только способствует быстрому распространению углеводородного загрязнения, но и значительно усложняет и удорожает стоимость проведения рекультивационных мероприятий.

Проведенные в последние годы геоэкологические и инженерно-геологические обследования различных объектов добычи, транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов установили наличие многочисленных зон техногенного углеводородного загрязнения компонентов природной среды в регионе (Леонтьев, 2001, Маськов, 1997, и др.). Основной причиной сложившейся ситуации является износ оборудования, а также несоблюдение установленных нормативных правил и требований. С учетом актуальности проблемы имеются многочисленные исследования, направленные на разработку современных технологий по ликвидации и предупреждению разливов нефти. Однако применительно к природно-климатическим условиям Севера известные технологии часто не позволяют получать положительный результат.

При проведении мероприятий, связанных с ликвидацией последствий нефтяного загрязнения, с восстановлением нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем тот который уже был нанесен при загрязнении.

Целью работы является исследование специфики нефтяного загрязнения в компонентах природной среды и ликвидацию его в изученных районах, разработка эффективного способа рекультивации с учетом природно-климатических условий Севера.

Основные задачи исследований

В соответствии с поставленной целью, в работе решались следующие задачи: жидкий углеводород нефтепродукт рекультивация

- проведение анализа физико-географических условий Архангельской области, оценивалось экологическое состояние региона в отношении загрязнения компонентов природной среды нефтепродуктами;

- изучение свойств жидких углеводородов и их влияния на компоненты природной среды;

- взаимодействие нефтепродуктов с компонентами природной среды в зоне тундровых, лесотундровых, таежных ландшафтов Архангельской области (включая НАО);

- разработать эффективный способ рекультивации нефтезагрязненных земель адаптированного для условий Севера;

- разработать рекомендации по защите, рекультивации нефтезагрязненных земель с учетом особенностей конкретных объектов.

Объект исследований

Компоненты природной среды: почвы, грунты, поверхностные и грунтовые воды, загрязненные нефтепродуктами.

Предмет исследований

Установление влияния очагов загрязнения нефтепродуктами на компоненты природной среды, опробование различных методов выявления и картирования нефтяного загрязнения на обследованных объектах.

Научные положения диссертации, выносимые на защиту

1. По результатам геофизических работ установлено тепловое воздействие загрязненного фильтрата на слабомерзлые породы, с образованием сквозных таликов.

2. Аварийные проливы из резервуаров приводят к образованию техногенных залежей нефтепродуктов в зоне аэрации в виде «линз», имеющих наибольшую мощность в местах поступления нефтепродуктов в природную среду и уменьшающуюся по мере удаления от них.

3. Выделяются три типа загрязнений компонентов природной среды на объектах хранения нефтепродуктов: «поверхностный», «скрытый» и «смешанный».

4. С учетом природно-климатических условий Севера в настоящее время разработан и рекомендован к внедрению способ комплексной рекультивации нефтязагрязненных земель, который позволяет значительно снизить затраты на рекультивацию загрязненных территорий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. В процессе проведения работ, которые носили региональный характер, было установлено, что на абсолютном большинстве производственных объектов в Архангельской области, включая НАО (Ненецкая нефтебаза, нефтебаза Авиаотряда, нефтебаза Хорей-Верской экспедиции, склад ГСМ вертодрома «Угольный», свалка г. Нарьян-Мара и п. Искателей и др.), существуют загрязнения компонентов природной среды, с концентрациями нефтепродуктов превышающих допустимые.

2. В результате проведенных исследований были получены данные о постепенном продвижении загрязненного фильтрата, с городских свалок в сторону водозабора «Озерный» г. Нарьян-Мар и реки Печора в п. Искателей (НАО).

3. Выявлена пространственная динамика распространения углеводородного загрязнения на всех обследованных объектах. Дана оценка загрязнения почв, грунтов и грунтовых вод в соответствии с действующими нормативными документами. Проведено картирование нефтяного загрязнения, в том числе и в районе развития многолетнемерзлых пород (НАО). Построены геолого-экологические разрезы, позволяющие определить мощность и объемы нефтяного загрязнения, выявлены линзы нефтепродуктов, их мощность и направление миграции.

4. Разработан и запатентован комплексный способ рекультивации нефтезагрязненых земель адаптированный для сложных природных условий Севера.

Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждается применением методов натурных исследований (геофизические работы 46,6 га, свыше 200 геолого-экологических скважин, 400 км инженерно-экологических маршрутов, свыше 1000 отобранных проб почв, грунтов, донных отложений, поверхностных и грунтовых вод), картографирования, использования GIS систем и др; большим объемом обработанного фактического материала, положительным опытом реализации полученных результатов.

Практическая значимость результатов исследований

1. Полученные результаты исследований и основные выводы могут быть использованы в создании и совершенствовании сети геоэкологического мониторинга на территориях, подвергшихся нефтяному загрязнению.

2. Результаты исследований позволяют создавать специальные тематические карты, характеризующие загрязнение углеводородами территории региона.

3. При составлении программ мониторинга компонентов природной среды на объектах добычи, транспортировки и хранения нефти и газа.

4. Полученные результаты использованы при составлении проектов рекультивации на объектах хранения нефтепродуктов и непосредственно при проведении рекультивационных работ.

Исходные материалы и личный вклад автора. Основой диссертации послужили результаты исследований проведенных автором с 2002 по 2008 гг. Работы проводились в рамках темы: «Геоэкологическое состояние природной среды Европейского Севера под влиянием глобальных изменений климата по комплексу материалов наземных и космических съемок (на примере Архангельской области)». Личный вклад автора заключается в руководстве и проведении полевых исследований, сборе, обработке и анализе результатов исследований, составлении графических и картографических материалов, подготовке публикаций.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на Всероссийских международных конференциях с международным участием «Академическая наука и ее роль в развитии производительных сил в северных регионах России» (Архангельск, 2006), «Северные территории России: проблемы и перспективы развития» (Архангельск, 2008), на международных конференциях «Экология-2007» (Архангельск, 2007), «Экологическое образование и экологическая наука для устойчивого развития» (Архангельск, 2007), на X «Сергеевских чтениях» (Москва, 2008), «Проблемы снижения природных опасностей и рисков» (Москва, 2009), «Геологические опасности» (Архангельск, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе одна работа - в издании входящей в перечень ВАК. Получен патент на изобретение (в соавторстве).

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 6 глав, заключение, список литературы - 143 наименования. Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, который иллюстрирован 22 таблицами, 42 рисунками.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю доктору г-м. наук Ю.Г. Шварцману, благодарность доктору г-м. наук А.И. Малову, кандидату т. н. А.В. Конюхову, кандидату г-м. наук М.И. Маськову, сотрудникам ООО «Техноэкология Плюс» за ценные советы и замечания по диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность исследований, проводимых в рамках диссертационной работы, сформулированы цели и поставлены задачи, изложены защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость результатов работы.

В главе 1 охарактеризованы физико-географические условия Архангельской области и НАО, приведены основные сведения о географическом положении области и округа, рельефе, приведены основные сведения о геологическом строении, дана геокриологическая характеристика региона, приведены сведения о климате, растительности, почвах, животном мире.

Архангельская область расположена на севере Европейской части России. Площадь Архангельской области (вместе с Ненецким автономным округом) - 589, 9 тыс. км² (3,4% территории РФ). К наиболее крупным городам региона относятся Архангельск, Северодвинск, Нарьян-Мар, Котлас, Новодвинск, Коряжма. Рассматриваемая территория характеризуется разнообразными физико-географическими условиями. Рельеф - равнинный, полого-волнистый, имеющий покатость к северу, с абсолютными отметками местности 200-300 м. Коренные породы повсеместно перекрыты четвертичными отложениями, толщина которых доходит до 200 м. По генезису они представлены ледниковыми, флювиогляциальными, озерно-ледниковыми, морскими, аллювиальными, биогенными и др. образованиями (Баринов и др., 2001). Многолетнемерзые породы (ММП) занимают более трети Архангельской области (35%) и приурочены преимущественно к приморской части Кулойско-Мезенской низины. В настоящий момент мерзлота находится в состоянии деградации (Губайдуллин, 2002; Игловский, 2002). Криолитозона НАО включает сплошную и массивно-островную подзоны. Пресные кондиционные воды приурочены к возвышенным частям территории: с абсолютными отметками выше 60-140 м. Мощность зоны пресных вод здесь максимальные: до 200-250 м. Ниже абсолютной отметки - 100 м пресные воды, как правило, не встречаются (Малов, 2001, 2002). На территории Архангельской области и НАО представлены все виды водных объектов: разветвленная речная сеть, озера и болота. Крупнейшие реки региона - Печора и Северная Двина, Мезень, Онега, Пинега. Почти все реки принадлежат бассейнам Белого и Баренцевых морей. Климат характеризуется коротким прохладным летом, продолжительной холодной зимой с устойчивым снежным покровом.

Загрязнение компонентов природной среды нефтепродуктами является одной из основных экологических проблем Архангельской области (Маськов и др., 1997). До середины девяностых годов прошлого столетия каких-либо специальных работ по оценке нефтяного загрязнения природной среды региона не проводилось. Определение содержания нефтепродуктов в компонентах природной среды осуществлялось, в основном, в рамках государственного контроля за деятельностью промышленных предприятий (экологического, санитарного и др.), а существующая информация о загрязнении отдельных компонентов природной среды углеводородами нефтяного ряда зачастую носила узковедомственный характер. Также, редкая информация о загрязнении нефтепродуктами подземных вод региона содержится в информационных бюллетенях территориального центра государственного мониторинга геологической среды, в которых обобщаются сведения о гидрохимическом режиме подземных вод в наблюдательных пунктах опорной государственной сети и на водозаборах.

С 1998 по 2005 г. в рамках областной целевой программы «Оценка хранения нефти и нефтепродуктов, ликвидация очагов загрязнений и мониторинга за их состоянием» и в процессе ее реализации проведены геоэкологические исследования в 19 районах Архангельской области с целью выявления и картирования очагов загрязнения природной среды нефтяными углеводородами. Основной задачей проводившихся исследований являлось картирование очагов загрязнения природной среды, разработка рекомендаций по их ликвидации, а также разработка проектов рекультивации загрязненных земель. Углеводородное загрязнение выявлено почти во всех районах Архангельской области, но наиболее масштабные очаги присутствуют в Приморском, Плесецком, Котласcком районах. Загрязнение реки Северной Двины происходит в Красноборском (п. Черевково), Котласском («Савватий»), Холмогорском (д. Копачево), Приморском районе (г.г. Архангельск, Северодвинск, Новодвинск). Загрязнение реки Мезени происходит в Лешуконском (п. Лешуконский), Мезенском районе (г. Мезень, п. Каменка). Высокие и очень высокие уровни загрязнения подземных вод отмечались в с. Лешуконском - до 94 ПДК, в п. Каменка - до 4 ПДК, п. Савинский - до 4,5 ПДК, п. Оксовский - 3,2 ПДК.

Во 2-й главе проведен обзор физико-химических свойств нефтяных углеводородов (УВ). Природные углеводороды, обладают различной степенью токсического воздействия на компоненты окружающей среды, которое зависит от состава нефти - физических и химических свойств ее составляющих. Нефтяные углеводороды, попадая на поверхность, вступают в физико-химическое, химическое и биогенное взаимодействие с системой порода (почва) - вода - воздух (Гольдберг и др, 1984). Степень токсического воздействия на компоненты ОС зависит от состава нефти, физических и химических свойств ее составляющих (Губайдуллин и др, 2006). В диссертации рассматривалось воздействие УВ на почвы, грунты (зона аэрации), грунтовые и поверхностные воды и атмосферу.

Нефтяные УВ нарушают экологическое состояние почвенных покровов и в целом деформируют структуру биоценозов (Пиковский, 1988). По данным исследований (Пиковский, 1993, Солнцева, 1981 и др.), характер распределения нефтяных компонентов в почвах зависит от ряда факторов; основные из них являются физические и физико-химические свойства конкретных почв, их положение в системе геохимических сопряжений элементарных ландшафтов, количество и состав поступившей нефти, время, прошедшее с момента загрязнения. При попадании нефти, нефтепродуктов на почву происходит постепенная трансформация УВ под влиянием многих факторов. Деградация УВ в почвенном слое носит многоэтапный характер и характеризуется последовательным изменением эколого-геохимических характеристик. Процесс деградации нефти в почвах процесс - длительный и сложный, он может занять до 25 лет (Исмаилов, 1985, Одинцова, 2003 и др).

При проникновении нефти в грунт, происходит ее разделение на отдельные компоненты. В грунтах нефтепродукты могут находиться в четырех основных состояниях: в виде газа, однородной жидкости, эмульсии, водного раствора (Гольдберг и др., 1984). На основе водно-теплового режима можно спрогнозировать нефтеемкость грунтов, то есть, сколько нефтепродуктов впитает тот или иной грунт при разливе на дневную поверхность (Калашников, 2005). Процент задержанных в породе нефтяных веществ увеличивается по мере повышения их вязкости и уменьшается по мере роста содержания воды. Порода, насыщенная водой, практически уже не может поглощать никакие нефтяные вещества. Таким образом, слой проницаемых водоненасыщенных горных пород над уровнем подземных вод является своеобразным защитным экраном (Гольдберг и др, 1984).

Проблемы миграции углеводородов в грунтовых и подземных водах нашли отражения в работах Ф.М. Бочевер, А.Е. Орадовской (1972, 1979), В.М. Гольдберга (1976, 1984), В.А. Мироненко, Петрова (1995), А.В. Расторгуева, П.Н. Куранова (2002). Среди работ зарубежных авторов можно выделить исследования J.C. Parker (1985), L.M. Abriola (1985), A.L. Baer (1987) и др. Загрязнение подземных вод углеводородами нефтяного ряда может быть вызвано сырой и товарной (первично обработанной) нефтью, нефтепродуктами и углеводородными соединениями, содержащимися в промышленных отходах, промывочных жидкостях и др. Наиболее часто загрязнение подземных вод вызывается бензинами и керосинами, а также нефтью. Другие виды нефтепродуктов (мазуты, смазки, масла) являются причиной загрязнения гораздо реже, что, объясняется их большей вязкостью, которая приводит к меньшим утечкам и менее значительному распространению. Использование гидродинамической модели помогает определить время продвижения загрязнённого потока от источника нефтезагрязнения до реки (озера) или водозабора. Нефтепродукты, попадая в поверхностные водоемы и водотоки, оседают на дно, загрязняя донные осадки, что приводит к специфическому составу донных отложений. Данный процесс проходит особенно быстро при попадании в поверхностные водоемы тяжелой нефти и ее фракций. В этом случае накопленные загрязнители в донных отложениях сохраняются длительное время. Подобные донные отложения также, становятся источниками вторичного загрязнения водных масс (Кесельман и др., 1981, Солнцева, 1998).

В районах нефтедобычи, наиболее опасными и вредными веществами воздушной среды, загрязняющими атмосферу, являются предельные углеводороды (ВВ), попутный газ, оксид углерода (СО), диоксид углерода (СО₂), сероводород (Н₂S), меркаптаны (RSH), диоксид серы (SO₂), оксид и диоксид азота (NO и NO₂), бенз(а)пирен (С₂₀Н₁₂) (Кирпатовский, 1986, Литвинов и др, 1986, и др.).

Глава 3 посвящена обзору использованных при написании методов исследования и описанию проведенных геоэкологических исследований в зоне тундры и лесотундры. С учетом географической зональности, нами выделены три широтные зоны, где проводились исследования: зона тундры (НАО), зона лесотундры (НАО), подзона северной и средней тайги (Архангельская область). В зоне тундры исследования проводились в г. Нарьян-Маре и его окрестностях. В зоне лесотундры исследования проведены на Лыдушорском нефтяном месторождении.

Значительное количество обследованных объектов хранения нефтепродуктов позволило классифицировать их по типу загрязнения грунтов и грунтовых вод на три типа: «поверхностный», «смешанный» и «скрытый». При поверхностном типе - загрязнение УВ отмечается непосредственно в местах утечек (мазут, мастика и т. д). При «скрытом» типе максимум загрязнения выделяется на уровне грунтовых вод; на дневной поверхности нефтяное загрязнение отсутствует (керосин, дизельное топливо, бензин). При «смешанном» типе образуется два максимума загрязнения: первый у дневной поверхности - непосредственно в месте пролива, второй над уровнем сезонного вертикального колебания линзы нефтепродуктов.

Таблица 1 Содержание нефтепродуктов в компонентах природной среды на объектах хранения нефтепродуктов (г. Нарьян-Мар и п. Искателей)

Город Нарьян-Мар является административным центром Ненецкого автономного округа и важной перевалочной базой при транспортировке нефтепродуктов. Геолого-экологическое обследование объектов добычи, транспортировки и хранения нефтепродуктов в природной зоне тундр, в зоне развития ММП, низкой способности тундровых ландшафтов к самоочищению является важной задачей. Исследования, также проводились на территории промышленных объектов, полигонах твердых бытовых отходов (ТБО).

Так, проведенными исследованиями было установлено наличие нефтяного загрязнения на объектах хранения нефтепродуктов. Особенностью геологического строения г. Нарьян-Мара и его окрестностей является наличие мощной толщи (около 29-33 м) песков пылеватых и мелких, с незначительными прослойками суглинков и супесей. Светлые нефтепродукты (керосин, бензин, дизельное топливо) легко просачиваясь через зону аэрации, достигают грунтовых вод и служат источником вторичного загрязнения грунтов. При этом в районе нефтебазы отсутствуют, какие либо следы загрязнения УВ (Ненецкая нефтебаза, склад ГСМ вертодрома «Угольный» и др.).

Рис. 1. Блок-диаграмма стока подземных вод в районе свалки ТБО
г. Нарьян-Мара

По результатам бурения было выявлены линзы нефтепродуктов на всех четырех объектах хранения нефтепродуктов мощностью от 10 до 1,5 см. Колебание уровня грунтовых вод по сезонам года приводит к вторичному загрязнению грунтов в районе линзы НП. По данным лабораторных исследований, в наибольшей степени УВ загрязнению на нефтебазах подвержены грунтовые воды, в наименьшей грунты (табл. 1). Загрязненные грунтовые воды с Ненецкой нефтебазы постепенно мигрируют в реку Печору, тем самым внося свой вклад в УВ в общее загрязнение реки.

Геоэкологическое обследование в г. Нарьян-Маре и п. Искателей показало, что наибольший вклад в загрязнение компонентов природной среды вносят свалки в г. Нарьян-Маре и п. Искателей. Наибольшее загрязнение подземных вод в районе свалки отмечается нефтепродуктами. Основным источником загрязнения являются: жидкие и твёрдые бытовые отходы, слив нефтепродуктов и автотранспорт. Проведенными исследованиями в районе свалки ТБО г. Нарьян-Мара было выявлено, что содержание нефтепродуктов в поверхностных водах меняется от 0,012 до 4,2 мг/дм³. Содержание НП в подземных водах на территории участка свалки варьирует от 0,07 до 1,68 мг/дм³. Максимальные концентрации выявлены в скважине 6н (3,0 мг/дм³) и в скважине Н-1 (1,68 мг/дм³). Загрязнение нефтепродуктами подземных вод прослеживается на расстоянии до 500 м от контура свалки. На блок-диаграмме показано схематичное продвижение загрязненных подземных вод в сторону водозабора «Озерный» (рис. 1). Составленная гидрогеологическая модель позволила ориентировочно определить время продвижения загрязненного потока от свалки до водозабора, равное 5 км, фильтрационный поток преодолеет за 70 лет. В результате проведенных геофизических исследований получен четырехслойный электрический разрез типа KQ (с1<с2>с3>с4). Изменение сопротивления в районе свалки происходит скачкообразно от 5-30 Омм в эпицентре до 300 Омм на расстоянии 300 м от источника тепла. Наиболее низкие значения сопротивления до 5 Омм может быть вызвано как тепловым воздействием свалки, так и просачиванием жидких бытовых отходов до выделяемого слоя.

Проведенные исследования в районе свалки ТБО п. Искателей выявили, что в радиусе 700-900 м, наблюдаются превышения ПДК в поверхностных и подземных водах. По данным гидрологических исследований было выявлено, что фильтрационные потоки распределяются на два основных: один в северо-западном направлении в сторону р. Печоры, второй в восточном направлении в сторону оз. Сазоновское. Согласно расчетам - загрязнённый фильтрационный поток проходит расстояние от свалки до р. Печоры за 6 лет. В результате проведенных электроразведочных работ на территории свалки в месте слива жидких отходов выделяется изометричная аномалия пониженных сопротивлений (с = 50 - 500 Омм). Вероятно, здесь происходит отепляющее влияние фильтрата свалки на породы находящиеся в предмерзлотном или слабомерзлом состоянии.

В зоне лесотундры исследования проведены на Лыдушорском нефтяном месторождении. Месторождение находится на территории Ненецкого автономного округа, на границе тундровой и лесотундровой зоны, в Печорской низменности. В диссертации рассматриваются природно-климатические, геокриологические, почвенные и растительные условия в районе месторождения. В 1990 г на Лыдушорской лицензионной площади были пробурены две разведочные скважины (№№ 300 и 301), которые позволили подсчитать извлекаемые запасы нефти по категории С₁ и С₂ - около 1,5 млн. тонн. По запасам Лыдушорское нефтяное месторождение относится к типу мелких месторождений и его лицензионная площадь составляет 27,3 км². В настоящий момент месторождение находится в стадии подготовки к промышленной эксплуатации. Примерная площадь техногенных нарушенных земель в районе скважин составила - 12,5 га. Обследование площадок непосредственно в районе скважин, показало, что проективное покрытие составляет от 70% до 95% и растительность находится в стадии восстановления. Интенсивное использование транспорта, в частности гусеничной техники привело к интенсивному заболачиванию площадки скважины № 301. Обследование площадок также позволило выявить, что отдельные локальные пятна нефтяного загрязнения сохранились в течении 17 лет. На территории лицензионной площади месторождения основным видом воздействия человека являются нарушение почвенного покрова, вследствие эксплуатации зимних дорог и плохо расчищенные просеки.

В главе 4 приведены результаты геоэкологических исследований проведенные в Приморском, Онежском (подзона северной тайги), Плесецком и Котласском районах (подзона средней тайги). Загрязнение компонентов природной среды нефтепродуктами является важной экологической проблемой Архангельской области. В области техногенному загрязнению подвержено 15% всех земель. Архангельская область вместе с Ленинградской областью занимает второе место по загрязнению земель в Северо-Западном федеральном округе (Прокачева, Усачев, 2006). Основными причинами сложившейся ситуации является низкое техническое состояние объектов: выработавших нормативные сроки эксплуатации оборудования, использование устаревших технологий, недостатки и просчеты ранее принятых проектных решений, снижение технологической и исполнительной дисциплины, низкая эффективность производственного экологического контроля и т. д. В диссертации рассмотрено УВ загрязнение на наиболее крупных и детально обследованных объектах.

Рис. 2. Очаги загрязнения компонентов природной среды
нефтепродуктами Архангельской области (Латкин, 2009)

На территории Приморского района наиболее значительные очаги УВ загрязнения выявлены территории промышленного узла Архангельск-Новодвинск-Северодвинск. Здесь находится большое количество крупных предприятий, занимающихся хранением, переработкой и транспортировкой нефтепродуктов, в том числе и объекты Министерства обороны РФ. Ранее проведенными исследованиями было выявлено УВ загрязнение на территории мазутного хозяйства архангельского гидролизного завода, склад горючего в/ч 55450 (объект «Глухое»), склад ГСМ бывшего аэропорта "Кегостров", на ликвидированной нефтебазе «Левый берег», на Северодвинской ТЭЦ-2, на объектах хранения нефтепродуктов в г. Новодвинске (Леонтьев, 1999, 2001).

Нами детально были обследованы: территория склада мазутного хозяйства ТЭЦ-1 г. Архангельска и склада ГСМ №533 Беломорской ВМБ в г. Северодвинске. В ходе проведенного детального геоэкологического обследования на территории склада мазутного хозяйства ТЭЦ-1 выявлено значительное загрязнение грунтов и грунтовых вод. На территории склада загрязнение представлено смесью мазута различной консистенции (от текучей до твердой) на четырех локальных участках общей площадью примерно 2 га. Уровень загрязнения меняется от очень высокого (более 5000 мг/кг) до низкого (менее 1000 мг/кг). Наиболее интенсивно территория мазутного хозяйства загрязнена нефтепродуктами до глубины 0,5 м. Выявлено значительное загрязнение грунтовых вод (табл. 2) Дальнейшему проникновению вглубь НП препятствуют верхнечетвертичные суглинки, которые является своеобразным «водоупором».

Первичное и затем вторичное обследование склада ГСМ Беломорской ВМБ в г. Северодвинске выявило масштабное загрязнение компонентов природной среды на значительной площади (20 га). Загрязнение представлено НП как легкого состава (керосин, дизельное топливо) так, и тяжелыми НП (мазут). Всего было выявлено 18 участков нефтяного загрязнения различной площади и формы. Источником НП загрязнения являются резервуары для хранения мазута, топливопроводы, насосная станция, нефтесборные канавы и др. Интервал глубин от 0 до 0,5 м характеризуется очень высоким, высоким и средним уровнем загрязнения. Загрязнение грунтов нефтепродуктами на глубинах более 1,5 м отмечается на отдельных локальных участках. На глубинах 1,5-2,0 м залегают маломощные прослои илов, глин, суглинков, являющиеся локальным «водоупором» для НП. Загрязненные грунтовые воды, по данным исследований, постепенно мигрируют за территорию склада и попадают в акваторию Белого моря.

На территории Онежского района был детально обследован склад НП в п. Покровский принадлежащей расформированной военной части. По данным проведенных нами исследований поверхностные воды, в период весеннего паводка, мигрируя через водосборный коллектор по уклону местности (10⁰) создают напор, тем самым, вымывая нефтепродукты из склада. По данным лабораторных исследований на фракционный состав нефтешламы представляют собой жидкий битум. Далее нефтепродукты, мигрируя с поверхностными и грунтовыми водами, по уклону местности из нефтехранилища попадают в р. Пильнема и далее в Онежский залив, загрязняя поверхностные воды и донные отложения. Река Пильнема является нерестовой рекой, и в настоящей момент, в результате масштабного нефтяного загрязнения нерестовые виды рыб практически исчезли из реки.

Таблица 2 Содержание нефтепродуктов в компонентах природной среды на объектах хранения нефтепродуктов (Архангельская область)

Примечание: * - Содержание нефтепродуктов в мг/кг; ** - содержание нефтепродуктов в мг/дм³; д - действующая нефтебаза (склад), нд - недействующая нефтебаза (склад)

В Плесецком районе детальное геоэкологическое обследование проводились на промышленных площадках № 16а, 43, 13 принадлежащих Министерству Обороны РФ (Космодром «Плесецк»). Особенностью геологического строения Плесецкого района является наличие мощной толщи карбонатных пород и развитие карстово-суффозионных процессов. Загрязнение на промышленных площадках представлено мазутом, в различной консистенции (густой, жидкой, обводненной). Всего нами выделен 21 участок УВ загрязнения на трех площадках площадью от 2,6 га до 20,5 м². Средняя мощность нефтешламов (мазута) составляет около 0,2 м. Мазут залегает на насыпных грунтах различной мощности или на суглинистых почвах. С глубиной концентрация УВ резко снижается, так как суглинки имеют высокую плотность (около 2,73 г/см³) и низкую проницаемость для проникновения нефтепродуктов с дневной поверхности. Существует опасность в весеннее и осеннее половодье проникновения нефтепродуктов в районах аварийных разливов НП через карстовые воронки в нижележащие горизонты и далее с грунтовыми водами.

В Котласском районе геоэкологическое обследование проводилось на трех складах ГСМ (прирельсовом, основном и расходном) принадлежащих МО (объект «Савватий) и выведенных из эксплуатации. Нефтепродукты, просачиваясь через зону аэрации, загрязняют грунты и скапливаются в виде линз на зеркале грунтовых вод, и мигрируют вместе с ними (частично растворяясь) к местам разгрузки - рекам Черная и Лименда. По результатам бурения скважин нами было выявлено, что линзы нефтепродуктов представляют собой смесь легких углеводородов (керосин, бензин) с тяжелыми (масла, битумы), и продуктами их окисления. В общем объеме линзы - легкие углеводороды составляют до 95%. «Линзы» нефтепродуктов площадью от 10000 м² до 30000 м² залегают на зеркале грунтовых вод и имеют мощность от 10 до 60 см. Было выявлено, что с удалением от территории склада (свыше 1-го км) содержание НП в грунтах уменьшается до фоновых значений. Наибольшая концентрация нефтепродуктов в поверхностных водах отмечается на участках разгрузки грунтовых вод с территории складов ГСМ.

По данным спектрального анализа растительности прямой взаимосвязи между нефтяными разливами и концентрацией химических элементов в растительности не выявлено. Повышенные концентрации свинца зафиксированы в 20 % проб и в основном отмечаются вдоль автодороги и топливопровода. Проведенное исследование на детальных участках с помощью геофизических методов, а именно методом естественного поля (ЕП) аппаратурой ТЕМ - FAST 48 показало, что нефтезагрязнения в грунтах в плане выражаются в виде отрицательной аномалии высокой интенсивности (-80 мВ). Район эпицентра аномалии определяет местоположение области наиболее высоких концентраций нефтепродуктов в грунтах (более 50 г/кг). Изменение интенсивности отрицательной аномалии и ее форма, скорее всего, определяются концентрацией и распространением нефтепродуктов в грунте. Положительная аномалия интенсивностью до 10 мВ, отражает изменение в составе пород (возможно увеличение количества глинистого материала). Исходя из этого, нами было предположено, что распространение загрязнения грунтов в районе склада ГСМ идет в сторону реки Лименды, что подтвердилось ранее проведенными исследованиями. Таким образом, электроразведка методом ЕП может эффективно применяться для выявления и картирования очагов загрязнения грунтов и грунтовых вод нефтепродуктами. Общая площадь, на которой требуется проведение рекультивационных мероприятий - 12,6 га.

Глава 5 посвящена обзору способам технической и биологической рекультивации земель загрязненных НП земель в России. В настоящее время существуют многочисленные запатентованные способы рекультивации нефтезагрязненных земель, в большинстве случаев непригодных для использования на объектах Архангельской области и Ненецкого автономного округа вследствие сложных природно-климатических и экономических факторов. Стоимость проведения ликвидационных работ в России при наиболее вероятных сценариях - муниципальный масштаб (от 100 до 500 тонн) при объеме загрязненного грунта 250 м³, составит 43,4 млн. рублей, при объеме 2500 м³ - 55,8 млн. рублей (Коробов, 2009).

Учитывая природно-климатические и экономические особенности Европейского Севера: малый вегетационный период для роста растений, наличие густой сети рек и озер, неразвитую транспортную инфраструктуру нами был разработан и запатентован комплексный способ рекультивации нефтезагрязненных земель. Данный способ включает очистку земель в три этапа. На первом этапе рекультивации производят оконтуривание нефтезагрязненных участков дренажными канавами и приемными шурфами. Затем, с поверхности участков и частично из загрязненного грунта нефтяную эмульсию собирают в шурфы. Из шурфов эмульсию транспортируют в очистную установку и в ней разделяют ее на составляющие. Далее, очищенные нефтепродукты закачивают в емкости для ГСМ, а воду дополнительно подогревают и повторно используют на последующих этапах проведения рекультивационных работ. На втором этапе работ на очищенных с поверхности участках в загрязненный грунт устанавливают перфорированные трубы (иглофильтра). Иглофильтра погружаются в грунт гидравлическим способом. Затем подключают их к напорному водоводу с помощью шлангов или шарнирных соединений и непосредственно на месте горячей водой из грунта вымывают «обратную» эмульсию. На третьем этапе - эмульсию в очистной установке разделяют в трех сообщающихся между собой секциях на составляющие. В первой секции под воздействием гравитационных сил из эмульсии удаляют частицы грунта в песколовку. Грунт после дополнительной очистки возвращают на рекультивированные участки. Во второй секции установки эмульсию разделяют на составляющие компоненты (вода и нефть) в процессе подачи в устройство горячего воздуха, а в третьей секции под воздействием вибрации устройства. Очищенные в установке нефтепродукты закачивают в емкости для ГСМ, а воду дополнительно нагревают и используют при выполнении рекультивации на новых загрязненных участках. Заключительный этап работ включает проведение биологической рекультивации на очищенных от нефтезагрязнений участках. Таким образом, отличительными особенностями данного способа является: снижение объема земляных и транспортных работ; снижение затрат на очистку нефтезагрязненных грунтов; позволяет разделять нефтяную эмульсию на составляющие компоненты.

В главе 6 предложены практические рекомендации по предупреждению аварий, ликвидации нефтеразливов с учетом проведенных исследований на объектах хранения нефтепродуктов Архангельской области и НАО. В соответствии с действующим нормативным документом разливы НП классифицированы как чрезвычайные ситуации и ликвидируются в соответствии с законодательством Российской Федерации (О неотложных мерах…, 2002). Нами выделены разливы локального, муниципального, территориального, регионального и федерального значения.

В диссертации с учетом особенностей нефтяного загрязнения на конкретных объектах хранения нефтепродуктов предлагаются меры для предотвращения и ликвидации загрязнения компонентов природной среды. Рекультивация земель должна проводиться с учетом местных природно-климатических условий, степени загрязнения земель и последующего использования восстановленных территорий. В настоящее время разработаны и внедрены технологии, позволяющие использовать нефтешламы в качестве эффективных вяжущих веществ, а также методы термоокисления (полимеризации) тяжёлых углеводородов в тонких плёнках, образуемых при перемешивании с минеральными грунтовыми частицами. Данные технологии не только позволяют обезвреживать и утилизировать нефтешламы, но и значительно экономить строительные материалы (до 10-15%). Таким образом, нефтепродукты (нефтешламы) нами рассматриваются как ценный ресурс с возможностью для вторичного использования в строительной отрасли.

Выводы

1. На большинстве обследованных объектах хранения нефтепродуктов выявлены масштабные загрязнения компонентов природной среды: почв, грунтов, грунтовых вод и близлежащих поверхностных водоемов. Причина: продолжительная эксплуатация складов ГСМ, нефтехранилищ, нарушение технических регламентов хранения нефтепродуктов.

2. Аварийные проливы из резервуаров приводят к образованию техногенных залежей нефтепродуктов в виде «линз», имеющих наибольшую мощность в местах поступления нефтепродуктов в природную среду и уменьшающуюся по мере удаления от них. Вследствие осеннего и весеннего повышения уровня грунтовых вод линза нефтепродуктов совершает колебательные движения, в результате чего происходит загрязнение грунтов в зоне аэрации.

3. В результате проведенных исследований выделяется три типа загрязнений грунтов и грунтовых вод: «поверхностный» тип при инфильтрации нефтепродуктов с поверхности земли - нефтезагрязнение отмечается непосредственно в местах утечек. При «скрытом» типе максимум загрязнения выделяется на уровне грунтовых вод; на дневной поверхности нефтяное загрязнение отсутствует. При «смешанном» типе образуется два максимума загрязнения: первый у дневной поверхности - непосредственно в месте пролива, второй над уровнем сезонного вертикального колебания линзы нефтепродуктов.

4. По результатам геофизических работ установлено тепловое воздействие загрязненного фильтрата на мерзлые породы. Вокруг свалок на глубине 10-30 м в слабомёрзлых породах выявлена зона сквозного талика (в радиусе 100-200 м вокруг прудов-отстойников), вытянутая по направлению основного потока подземных вод. Растепление слабомерлых пород создаёт условия для более интенсивной миграции загрязняющих компонентов.

5. В зоне тундры и лесотундры вследствие холодного климата, наличия мерзлоты - способность ландшафтов к самоочищению от нефти и нефтепродуктов очень низкие. Даже незначительное по масштабам загрязнения: отдельные нефтяные пятна (Лыдушорское нефтяное загрязнение) сохраняются в течение десятков лет.

6. При участии автора разработан и запатентован способ комплексной рекультивации нефтезагрязненных земель, учитывающий природно-климатические и экономические условия Европейского Севера. Данный способ при его реализации позволит существенно снизить объемы земляных и транспортных работ, снизить затраты на очистку загрязненных земель.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

в изданиях по списку ВАК

1. Латкин А.Ю., Маськов М.И. Результаты геоэкологического обследования очагов загрязнения нефтепродуктами Нарьян-Мара // Вестник Поморского университета. Серия «Естественные и точные науки», 2007. №1(11). С. 13-21.

в других изданиях

2. Латкин А.Ю. Предварительные результаты детального геоэкологического обследования г. Нарьян-Мара в 2002-2005 гг. // Материалы Всерос. конф. с межд. участием «Академическая наука и ее роль в развитии производительных сил в северных регионах России». [Электронный ресурс]. Архангельск: ИЭПС УрО РАН, 2006.

3. Латкин А.Ю. Результаты геоэкологического обследования очагов загрязнения подземных вод нефтепродуктами в Архангельской области // Материалы V межд. конференции «Экологическое образование и экологическая наука для устойчивого развития». Архангельск: ПГУ им. Ломоносова, 2007. С. 300-305.

4. Латкин А.Ю. Результаты инженерно-экологического обследования Лыдушорского нефтяного месторождения // Материалы межд. молодеж. конф. «Экология - 2007». Архангельск: ИЭПС УрО РАН. 2007. С. 57-59.

5. Латкин А.Ю. Результаты геоэкологического обследование территории в междуречье рек Черная - Лименда - Ямская Котласского района Архангельской области // Материалы межд. молодеж. конф. «Экологические проблемы Севера». Архангельск: ИЭПС УрО РАН. 2008. С. 63-65.

6. Латкин А.Ю., Маськов М.И., Шварцман Ю.Г. Оценка состояния поверхностных и подземных вод Архангельской области, загрязненных нефтепродуктами. Сергеевские чтения. Выпуск 10. М.:ГЕОС, 2008,
С. 326-331.

7. Латкин А.Ю., Шварцман Ю.Г. Геоэкологический мониторинг нефтяных и газовых месторождений Севера Тимано-Печорской провинции // Материалы Всерос. конф. с межд. участием «Северные территории России: проблемы и перспективы развития». [Электронный ресурс]. Архангельск: ИЭПС УрО РАН. 2008.

8. Куртеева Е.И., Латкин А.Ю. Результаты геоэкологического обследования участка берегового склона в селе Холмогоры // Материалы XV Всерос. конф. с межд. участием «Геологические опасности» [Электронный ресурс]. Архангельск: АНЦ УрО РАН, 2009.

9. Латкин А.Ю. Методы изучения и картирования компонентов природной среды, загрязненных нефтепродуктами на примере объекта «Савватий» (Архангельская область) // Материалы межд. науч.-практ. конф. «Проблемы снижения природных опасностей и рисков. Геориск-2009». Т. 2. - М.:РУДН, 2009, С. 191-196.

10. Латкин А.Ю., Шварцман Ю.Г. Геоэкологическое обследование компонентов природной среды, загрязненных нефтепродуктами // Вестник Архангельского государственного технического университета. - Архангельск: АГТУ, 2009. В публикации.

патент на изобретение

11. Пат. 2331489 (РФ), МКИ³ В09С 1/04. Способ комплексной рекультивации нефтезагрязнённых земель / А.В. Калашников, Г.С. Иванов,
А.Ю. Латкин, А.А. Худякова. Опубл. 20.08.2008, Бюл. № 23. 6с.

Размещено на Allbest.ru