Комбинированные методы очистки подземных вод от нефтяного загрязнения
Очистка подземных вод от загрязнения- достаточно сложная научно-методическая и техническая задача и, как правило, требует комплексного подхода.
Очистка подземных вод от загрязнения- достаточно сложная научно-методическая и техническая задача и, как правило, требует комплексного подхода.
Такой подход был реализован в зоне загрязнения нефтепродуктами подземных вод, разгрузка которых происходит в Камское водохранилище, являющееся основным источником водоснабжения Пермского края.
Исследования проводились на участке протяженностью 1,2 км в районе Полазненского месторождения нефти.
Разгрузка нефтепродуктов здесь фиксируется с 70 х гг 20 века.
Источником нефти явились разливы, сбросы нефти в карстовые полости и другое в 1960-1970 гг, что подтверждено комплексом проведенных исследований.
Существуют другие мнения по поводу источников формирования нефтяной линзы.
В настоящее время по данным анализов поступления свежей нефти не зафиксированы.
По составу нефть линзы близка к нефти Яснополянской залежи, однако окисленная, утратившая бензиновые фракции и высокомолекулярные парафиновые углеводороды.
Попытки ликвидации нефтяного загрязнения предпринимались различными организациями на протяжении последних 35 лет.
Основной ошибкой, по мнению авторов, было недостаточное внимание к механизму загрязнения, а оно здесь имеет не совсем обычный характер.
Закарстованый, в том числе и с поверхности, карбонатно-гипсовый массив (до 30 % пустотности), явился хорошим коллектором для нефти и имеет тесную гидравлическую связь с водохранилищем.
В результате битумизации рыхлых отложений береговой зоны нефть оказалась в своеобразной гидродинамической ловушке.
Основной механизм загрязнения вод следующий.
Дождевые и талые воды (370 тыс м 3 / год) инфильтруются в закарстованный массив и за счет разности плотностей фильтруются сквозь линзу.
Воды насыщаются растворимыми нефтепродуктами и поступают в водохранилище.
Интенсивность их поступления контролируется колебаниями уровня водохранилища и интенсивностью осадков и снеготаяния, поэтому концентрации нефтепродуктов в водохранилище крайне неравномерны по году.
Подтверждением этой модели может служить то, что в период межени наблюдается разгрузка в виде родников прозрачной опалесцирующей жидкости с сильным запахом.
После смешивания с водами водохранилища происходит выпадение темных нефтепродуктов.
Высокая закарстованность Полазненского полуострова обусловливает не совсем типичную картину движения подземных вод.
Уровни воды в водохранилище практически соответствуют уровням подземных вод.
Это подтверждается данными специальных наблюдений.
Эти не совсем обычные условия определили стратегию борьбы с загрязнением водохранилища: o необходимо откачать как можно большее количество нефти из линзы, находящейся в гидравлической ловушке, без откачки подземных вод; o необходимо очистить подземные воды, находящиеся ниже водонефтяного контакта и загрязняющие водохранилище.
Загрязнение подземных вод происходит, как отмечено выше, главным образом за счет выноса растворенных нефтепродуктов при фильтрации через линзу дождевых и талых вод.
Уменьшение в ходе откачки мощности линзы с 2-3 м до 10 см существенно уменьшит вынос н/продуктов за счет уменьшения пути фильтрации воды через нефть.
Усилится поступление кислорода необходимого для химического и биологического окисления нефти.
Для откачки была разработана, опробована и запатентована специальная установка.
Показано, что дебит скважины позволяет откачивать нефть в значительных объемах до 200 л/час.
Для очистки подземных вод ниже водонефтяного контакта разработан и запатентован микробиологический метод.
Для этого выделен консорциум аборигенных активизированных микроорганизмов, отобранных из подземных вод месторождения.
Запатентовано также устройство для контроля процессов очистки вод от нефтепродуктов.
Натурные эксперименты показали, что идет активная биодеградация нефтепродуктов.
Микроорганизмы перерабатывают не сколько саму нефть, сколько растворимые в воде н/продукты, выделяющиеся из линзы при фильтрации через нее атмосферных осадков.
Эти процессы активно происходят на водно-нефтяном контакте.
По примерным оценкам для биодеградации 1 тонны нефтепродуктов необходимо 70 литров биопрепарата.
При этом интенсивному воздействию препарата подвергаются алканы нормального и изопреноидного строения и другие наиболее подвижные водорастворимые соединения нефти, вносящие основной вклад в загрязнение Камского водохранилища.
Нефть, как указывалось выше, находится в гидродинамической ловушке, и водонефтяной контакт является своеобразной застойной зоной, что обеспечит высокую концентрацию биопрепарата продолжительное время.
По результатам экспериментов рекомендуемая частота внесения препарата в скважину составляет 1 раз в 7-10 дней в количестве 15-20 литров.
За время экспериментов за счет биодеградации было удалено около 1,9 т компонентов нефти.
Таким образом, выполненные работы показали, что при наличии закарстованных пород механизм загрязнения водохранилища имеет достаточно сложный характер и требует специальных методов для реализации природоохранных мероприятий.
Автор: Максимович Н, Хмурчик В, Мещерякова О, Денисов А Пермский государственный университет
Основные типы загрязнения подземных вод и борьба с ними
Все водные ресурсы делятся на 3 вида:
Главное место по обеспечению полноценной жизни многоклеточных организмов заняли подземные водоемы. Они наполняют свежей водой реки, озера, питают корни деревьев и растений, а также помогают человеку в повседневных делах. Вторыми, по важности, считаются поверхностные источники. Поэтому засорение внутренних и поверхностных вод – глобальная проблема, требующая пристального внимания.
Подземные воды: основные источники загрязнения
Скрытые водные ресурсы расположены близко к поверхности земли. Места, где много ядовитых веществ и химикатов, постепенно загрязняют их: промышленные объекты, склад с опасными отходами, свалки мусора и поля, которые регулярно опрыскивают сельскохозяйственными препаратами. Не менее опасными считаются нефтяные предприятия и территории, зараженные пестицидами.
Типы загрязнения подземных вод
Ученые определили 4 основных типа загрязнений подземных источников:
Химическое загрязнение подземных вод
Наиболее стойким считается химическое загрязнение. Это нормированное и стабильное состояние, которое постепенно распространяется на все объемы доступной воды. Его вызывают следующие вещества:
Агрохимическое загрязнение подземных вод
Влияние сельского хозяйства на состояние гидросферы опережает последствия воздействия промышленности или коммунальных служб. Вещества, которые входят в состав удобрений и ядовитых средств от вредителей, вызывают нитритное, аммонийное и нитратное загрязнение скрытых ресурсов.
Под влиянием гидрохимических условий и температуры воды, азот может преобразоваться в конкретное состояние или остановится на одном из пунктов цепочки:
нитратный азот → нитритный азот → аммонийный азот
Бактериальное загрязнение подземных вод
Отходы коммунальных служб и сельского хозяйства содержат множество бактерий и микроорганизмов. Они снижают полезные свойства подземных ресурсов, а также отрицательно влияют на общее санитарное состояние водоема.
Содержание кишечной палочки считается индикатором бактериального загрязнения воды.
Выживаемость микроорганизмов зависит от места расположения. Доказано, что бактерии, живущие в глубоких слоях водоема, умирают позже тех, кто расположился в поверхностных. Причиной такого явления стал недостаток солнечного света и бактериофагов. Поэтому срок жизни бактерий колеблется от 200 до 400 дней. 
Радиоактивное загрязнение подземных вод
Такой тип загрязнения подземных источников возникает вследствие:
Санитарные службы определяют допустимую концентрацию радионуклидов в конкретных водных ресурсах. Эту процедуру начинают после первого воздействия радиоактивных веществ. В дальнейшем, карту заражения подземных вод определяют по отклонениям от первоначального фона содержания радионуклидов.
Тепловое загрязнение подземных вод
Загрязнение подземных пресных вод может произойти в результате теплового фактора. Он возникает под влиянием стоков, отфильтрованных в земную поверхность с места хранения опасных отходов. Такие факторы поднимают температуру водоема, что приводит к серьезным изменениям:
Теплая вода растворяет многие вещества, а также увеличивает скорость карстово-суффозионного процесса. К тому же, она повышает токсичность химикатов и всех загрязняющих веществ, которые оказались в континентальных водах. Поэтому по масштабности негативного влияния на состояние водных ресурсов тепловое загрязнение стоит на одной ступеньке с химическим.
Биологическое загрязнение
Биологическое загрязнение пресных подземных вод начинается в момент попадания микроорганизмов, бактерий или вирусов, которые угрожают жизни и здоровью человека. Вероятность данного загрязнения выше в местах фильтрации зараженных отходов бытового хозяйства, или продуктов жизнедеятельности человека и животных. Например, выгребные ямы, канализационные стоки, колодцы, скотные дворы.
Степень распространения опасных микроорганизмов зависит от уровня загрязненности источника и скорости его очищения. Но зараженная территория водоема ограничена, потому что все зависит от времени существования этих бактерий. Дополнительным препятствием к дальнейшему распространению опасных микроорганизмов становится адгезия – процесс прилипания бактерий к молекулам почвы.
Гидрохимическими индикаторами становятся следующие показатели:
Охрана подземных вод от загрязнения
На территории Российской Федерации защита подземных ресурсов от загрязнения стоит в категории вопросов государственного значения, поэтому закреплена конкретными законами:
Для дополнительной защиты пресных водоемов, протекающих в подземных пещерах, выделили уязвимые участки, за которыми установлен строгий контроль санитарной службы. В сферу обязанностей работников входит проведение мероприятий по защите окружающей среды, регулярный забор воды и установка специальных сооружений, призванных помешать дальнейшему загрязнению водных ресурсов.
Забор воды происходит под тщательным контролем. Он помогает избежать возможного истощения подземных вод.
Когда произошло загрязнение подземных источников, специалисты службы обязаны очистить стоки и модернизировать производство, которое выбрасывает опасные отходы. По возможности они могут экранировать емкость бассейна и перехватить токсичные воды с помощью дренажа.
Основные источники загрязнения воды
Как защитить воду и предотвратить ее загрязнение?
Основные загрязнители воды: естественные и антропогенные
Определение степени загрязнения воды: прямые и косвенные показатели
Пути решения проблемы загрязнения воды
Причины возникновения экологических проблем в больших городах
Тепловое загрязнение окружающей среды: источники и последствия
Что относится к химическим и естественным источникам загрязнения гидросферы?
Сброс сточных вод: залповый, на рельеф, в канализацию
Основные вещества и виды загрязнения биосферы
Как бороться с истощением и загрязнением водных ресурсов?
Нехватка воды в Африке, Китае, на Урале и других регионах России
Борьба с загрязнением подземных вод
Меры борьбы с загрязнением подземных вод подразделяются на профилактические и специальные. Профилактические меры являются главными в природоохранных мероприятиях и основаны на:
· совершенствовании методов очистки сточных вод, чтобы исключить попадание загрязненных стоков в подземные воды;
· внедрении производств с бессточными технологиями;
· тщательном экранировании чаши бассейнов с промышленными отходами;
· снижении опасных газодымовых выбросов на предприятиях;
· регламентировании использования пестицидов и удобрений в сельском хозяйстве и т. д.
Важнейшей мерой предупреждения загрязнения подземных вод в районах водозаборов является устройство вокруг них зон санитарной охраны. Зоны санитарной охраны (ЗСО) — это территории вокруг водозаборов, предназначенные для предотвращения возможности загрязнения подземных вод. Состоят они из трех поясов. Первый пояс (зона строгого режима) включает территорию на расстоянии 30-50 м от водозабора. Здесь запрещается находиться посторонним лицам и проводить какие-либо работы, не связанные с эксплуатацией водозабора. Второй пояс ЗСО предназначен для защиты водоносного.горизонта от бактериальных (микробных) загрязнений, а третий — от химических загрязнений. На их территории запрещается размещение любых объектов — шламохранилищ, животноводческих комплексов, птицефабрик и других, способных вызвать химическое или бактериальное загрязнение. При этом запрещается также использовать минеральные удобрения и пестициды, производить промышленную рубку леса. Ограничивается или запрещается и другая производственная и хозяйственная деятельность человека.
Специальные мероприятия по защите подземных вод от загрязнения направлены на перехват загрязненных вод с помощью дренажа, а также на изоляцию источников загрязнения от остальной части водоносного горизонта барражными завесами. Весьма перспективным в этом отношении является создание искусственных геохимических барьеров, основанных на переводе загрязняющих веществ в малоподвижные формы. Для ликвидации локальных очагов загрязнения используются длительные откачки загрязненных подземных вод из специальных скважин.
В последние годы для предупреждения истощения подземных вод все чаще применяют искусственное пополнение их запасов путем перевода поверхностного стока в подземный. Пополнение осуществляется путем инфильтрации (просачивания) воды из поверхностных источников (реки, озера, водохранилища) в подземные водоносные пласты. Подземные воды получают при этом дополнительное питание, что позволяет увеличивать производительность водозаборов без истощения естественных запасов.
20. Правовая охрана поверхностных водных объектов от истощения. Правовая охрана подземных водных объектов от истощения.
В процессе забора больших количеств воды и нарушения экологического равновесия наблюдается истощение водных ресурсов. Вырубка лесов, осушение болот, спрямление русел, распашка прибрежных склонов, водная и ветровая эрозия почв приводят к истощению водоисточников.
Одним из важных мероприятий в борьбе с истощением является лесомелиорация. Она находит все более широкое применение. Основная роль лесных насаждений заключается в переводе поверхностного стока в подземный, в результате чего повышается уровень грунтовых вод и обеспечивается стабильное питание водных источников. Помимо этого лесопосадки уменьшают эрозию берегов и смыв его в водоемы. Леса по берегам водохранилищ и озер ослабляют скорость ветра и тем самым снижают высоту и ударную силу волн. Они уменьшают до 20—30% испарение в зоне посадки.
С целью поддержания нормального водного режима необходима охрана верховых болот, являющихся источником питания многих рек и регулятором весеннего стока. Немаловажную роль играют гидротехнические мероприятия, направленные па удержание поверхностного стока и перевод его в подземный.
Разработан ряд постановлений об усилении охраны рек от загрязнения, засорения и истощения. При этом устанавливаются водоохранные зоны лесов, а также согласовываются вопросы размещения и строительства предприятий, сооружений и других объектов, влияющих па состояние вод, со схемами комплексного использования и охраны вод.
Основные мероприятия по защите подземных вод, проводимые в настоящее время, заключаются в предотвращении истощения запасов подземных вод и защите их от загрязнения. Как и для поверхностных вод, эта большая и сложная проблема может быть успешно решена лишь в неразрывной связи с охраной всей окружающей природной среды.
Для борьбы с истощением запасов пресных подземных вод, пригодных для целей питьевого водоснабжения, предусматривают различные меры, в том числе: регулирование режима водоотбора подземных вод; более рациональное размещение водозаборов по площади; определение величины эксплуатационных запасов как предела их рационального использования; введение кранового режима эксплуатации самоизливающихся артезианских скважин.
В последние годы для предупреждения истощения подземных вод все чаще применяют искусственное пополнение их запасов путем перевода поверхностного стока в подземный. Пополнение осуществляется путем инфильтрации (просачивания) воды из поверхностных источников (реки, озера, водохранилища) в водоносные пласты. Подземные воды получают при этом дополнительное питание, что позволяет увеличивать производительность водозаборов без истощения естественных запасов.
Ликвидировать очаг загрязнения, т.е. извлечь из подземных вод и горных пород загрязняющие вещества, весьма сложно, на это могут уйти многие годы. Поэтому профилактические меры являются главными в природоохранных мероприятиях. Предотвратить загрязнение подземных вод можно различными путями. Для этого совершенствуют методы очистки сточных вод, чтобы исключить попадание загрязненных стоков в подземные воды. Внедряют производства с бессточной технологией, тщательно экранируют чаши бассейнов с промышленными стоками, снижают опасные газо-дымовые выбросы на предприятиях, регламентируют использование пестицидов и удобрений на сельскохозяйственных работах и т.д.
Важнейшей мерой предупреждения загрязнения подземных вод в районах водозаборов является устройство вокруг них зон санитарной охраны.
Специальные мероприятия по защите подземных вод от загрязнения направлены на изоляцию источников загрязнения от остальной части водоносного горизонта (завесы, противофильтрационные стенки), а также на перехват загрязненных подземных вод с помощью дренажа. Для ликвидации локальных очагов загрязнения ведут длительные откачки загрязненных подземных вод из специальных скважин.
Мероприятия по защите подземных вод от истощения и загрязнения проводятся в общем комплексе природоохранных мер.
Основополагающая роль в вопросе рационального использования водных ресурсов принадлежит органам государственного управления. Государственное управление в области использования и охраны водных объектов основывается на принципах устойчивого развития (сбалансированного развития экономики и улучшение состояния окружающей природной среды) и рационального использования и охраны всего бассейна водного объекта.
Государственный контроль за использованием и охраной водных объектов призван обеспечить соблюдение:
порядка использования и охраны водных объектов;
лимитов водопользования (водопотребления и водоотведения);
стандартов, нормативов и правил в области использования и охраны водных объектов;
режима использования территорий водоохранных зон.
Нормирование в области использования и охраны водных объектов заключается в установлении лимитов водопользования (водопотребления и водоотведения), а также в разработке и принятии стандартов, нормативов и правил в области использования и охраны водных объектов.
Запрещается ввод в эксплуатацию:
хозяйственных и других объектов, в том числе фильтрующих накопителей, захоронений отходов, городских и других свалок, не оборудованных устройствами, очистными сооружениями, предотвращающими загрязнение, засорение, истощение водных объектов и вредное воздействие вод;
Как предотвратить загрязнение водоемов?
Источники, последствия и пути решения проблемы загрязнения водоемов
Независимо от того, что понимают под загрязнением водоемов, полностью исключить сплошное загрязнение водоемов невозможно. Необходимо принять меры для предотвращения этого процесса. В сфере охраны водных ресурсов чрезвычайно важным аспектом является разработка планов, которые охватывают все вопросы процессов очистки сточных вод (требования пользователей, выбор лучшего метода и технологии очистки). Обязательны долгосрочные способы использования водных ресурсов стран с учетом экономических потребностей.
Основные источники загрязнения водоемов
Основные источники загрязнения водоемов:
Химический состав воды определяется: природным фактором (разложение веществ, содержащихся в почве и горных породах, развитие и гибель водных организмов), антропогенный. Наиболее частым антропогенным загрязнителями поверхностных вод являются:
Загрязнение очень вредно для поверхностных вод, для которых характерен небольшой сток и стоячие воды. Большой недостаток антропогенных загрязнителей заключается в том, что они токсичны для многих водных организмов. Преломляющие соединения – это стойкие загрязнители в водной среде. Они с большим трудом подвергаются химическим и биохимическим процессам. Наибольшее количество загрязняющих веществ попадает в воду со сточными водами.
Другие важные источники загрязнения включают:
Основные причины загрязнения водоемов антропогенного характера. Отходы жизнедеятельности и промышленности попадают в водоемы вместе со сточными водами, осадками и т.п. В них попадают биогенные элементы, в том числе и с содержанием азота и фосфора. Впоследствии качество воды ухудшается. Такое явление называется эвтрофикацией.
Способы предотвращения загрязнения воды
Чтобы остановить эвтрофикацию озер, необходимо:
Подземные воды, как резервуары со слабозагрязненной водой, нуждаются в исключительной защите. В них нельзя вводить сточные воды, даже обработанные, чтобы поддерживать их в хорошем состоянии. Например, свалки, мусорные полигоны, в особенности те, где хранятся опасные отходы, должны быть правильно расположены и грамотно эксплуатироваться, чтобы токсичные вещества не попадали в грунтовые воды.
Защита больших водоемов (морей и океанов)
Чрезвычайно важно поддерживать биологический баланс морских экосистем. Большие водоемы, поверхность которых в 3 раза превышает площадь поверхности суши, подвержены риску загрязнения из атмосферы, сточных вод, рек, морских катастроф (танкеры, нефтяные вышки). Некоторые токсичные вещества могут передаваться с живыми организмами. Поддержание чистоты крупных водоемов (морей и океанов) имеет глобальное значение.
Подписаны многочисленные конвенции и соглашения, чтобы гарантировать чистоту морей и океанов, а именно:
Во всем мире заключаются международные соглашения об охране определенных видов рыб и ограничении уловов. Установлены квоты на вылов. Это позволяет контролировать и сохранять биологическое разнообразие, своевременно выявлять угрозы и эффективно их устранять.
Методы очистки сточных вод
Сточные воды, сбрасываемые в реки, подлежат очистке. Есть четыре стадии очистки:
Охрана водоемов от загрязнения
Самый эффективный способ защитить поверхностные воды от загрязнения – использовать очистные сооружения для очистки сточных вод. Максимальный уровень загрязнения сточных вод, сбрасываемых в землю и воду после очистки, определяется международными и национальными законами. Их требованиям нужно следовать. Многие промышленные предприятия сбрасывают сточные воды, не соблюдая требования. В таких случаях, если инспекция выявляет нарушения, налагаются денежные штрафы.
Состояние воды можно значительно улучшить, используя более совершенные и современные технологии, снижающие количество загрязняющих веществ в сбрасываемых сточных водах (это так называемые малоотходные и безотходные технологии). Желательно также сократить использование пестицидов и заменить их менее вредными, токсичными и более легко разлагаемыми. На плохое состояние воды также влияют: процессы производства биоразлагаемых поверхностно-активных веществ и сброс нагретой воды в водоемы.
Загрязнение можно предотвратить путем надлежащего размещения и использования отходов. Это снижает негативное влияние, предупреждает негативные последствия загрязнения водоемов.
