usuwanie ropy, ochrona środowiska, Informatyka [ Pobierz całość w formacie PDF ]
dr inż. Tadeusz Solecki
Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków
Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu
TECHNIKI I TECHNOLOGIE USUWANIA ZANIECZYSZCZEŃ
ROPOPOCHODNYCH Z GRUNTU I WÓD GRUNTOWYCH
Wstęp
Rozwój techniki spowodował, że człowiek coraz częściej ingeruje w środowisko
naturalne, nie zwracając uwagi na wynikające z tego powodu zagrożenia, dlatego też
rośnie liczba odpadów niebezpiecznych, a ilość miejsc skażonych wzbudza, nie bez
uzasadnionych podstaw, obawy. Często nie zdajemy sobie sprawy, że ze wszystkich
awarii i wypadków prowadzących do zanieczyszczenia gleby i gruntu, a w konsekwencji
zanieczyszczenia wód gruntowych niemal 40 %, to zdarzenia z węglowodorami
ropopochodnymi, czyli z czyli benzyny, paliwa lotnicze, oleje opałowe i napędowe oraz
inne pochodne ropy naftowej. W pracy przedstawiono zagadnienia związane z
występowaniem i migracją zanieczyszczeń węglowodorowych w środowisku gruntowo-
wodnym, metody identyfikacji oraz techniki i technologie oczyszczania środowiska
gruntowo-wodnego.
1. Występowanie zanieczyszczeń węglowodorowych w środowisku gruntowo-wodnym
Ropa naftowa jest mieszaniną węglowodorów zawierających także niewielkie ilości
(do 3 %) związków organicznych tlenu (kwasy karboksylowe, fenole), siarki, azotu
oraz metali ciężkich (do 1 %). W skład ropy naftowej wchodzą grupy węglowodorów:
9
alifatyczne (parafinowe),
9
cykloalkany (naftalenowe),
9
areny,
9
olefinowe.
Przeciętny skład typowej benzyny przedstawiono na rys. 1.
1
Rys. 1. Przeciętny skład typowej benzyny
Rafinerie, centralne i lokalne stacje magazynowania i dystrybucji paliw, szyby wiertnicze ropy
naftowej i gazu ziemnego, rurociągi, linie kolejowe oraz drogi zanieczyszczają najbardziej
środowisko substancjami ropopochodnymi. Formy występowania węglowodorów
ropopochodnych w środowisku gruntowo-wodnym przedstawiono graficznie na rys. 2.
Aby móc przeciwdziałać zanieczyszczeniom produktem naftowym należy wiedzieć jak
zachowuje się zanieczyszczenie w środowisku wodno-gruntowym. W zależności od własności
fizycznych podłoża, zanieczyszczenie płynie po powierzchni lub infiltruje przez strefę aeracji
do warstwy wodonośnej, w efekcie część produktu zostaje zaabsorbowana na materiale
skalnym, reszta natomiast osiągnie zwierciadło wody gruntowej. Schemat przenikania
substancji ropopochodnych w środowisku gruntowo-wodnym przedstawiono na rys. 3.
Rys. 2 Stan fizyczny zanieczyszczeń węglowodorowych w gruncie
2
Rys. 3. Schemat migracji substancji ropopochodnych w środowisku gruntowo-wodnym
Mogą zachodzić dwa przypadki występowania węglowodorów w zanieczyszczonej warstwie
wodonośnej:
9
substancje o gęstości większej od gęstości wody (ang. Dense Non-Aqueous Phase
Liquid - DNAPL),
9
substancje o gęstości mniejszej od gęstości wody (ang. Light Non-Aqueous Phase
Liquid - LNAPL).
Substancje o gęstości większej od gęstości wody, pod wpływem sił grawitacyjnych
przemieszczają się do spągowych partii warstw wodonośnych, co sprawia, że ich
rozprzestrzenianie się w kierunkach horyzontalnych jest bardzo ograniczone. Natomiast
substancje o gęstości mniejszej od gęstości wody unoszą się na powierzchni wody podziemnej i
mogą wraz z nią migrować na znaczne odległości. W praktyce, zanieczyszczenia tego typu mają
zazwyczaj pochodzenie ropopochodne.
Produkty naftowe mogą występować w wodach podziemnych w następujących postaciach:
3
9
ciekła, makroskopowo ciągła plama, mogąca przemieszczać się pod wpływem
naturalnego pola hydrodynamicznego,
9
ciekła, rozpuszczona w wodzie,
9
ciekła lub stała, zasorbowana na powierzchni ziaren ośrodka gruntowego –
niemobilna,
9
postać gazowa (pary ).
Według podanych przez Concawe zależności można oszacować zasięg pionowy
produktów naftowych w strefie areacji i rozmiar plamy zanieczyszczenia w strefie
saturacji na zwierciadle wód gruntowych.
Zasięg pionowy migracji produktów naftowych w strefie saturacji można określić z
zależności (1)
D
=
1000
×
V
(1
)
A
×
R
×
K
Rozmiar plamy produktów naftowych na zwierciadle wód gruntowych w strefie
saturacji określa zależność (2).
S
=
1000
×
V
−
A
×
R
×
D
×
K
(2)
F
gdzie:
D – maksymalny zasięg pionowej penetracji produktów naftowych, m
V – objętość infiltrujących produktów naftowych, m
3
R – zdolność retencyjna zależna od rodzaju gruntu, l/ m
3
K – współczynnik zależny od lepkości produktu naftowego, K=0.5 do 2,0
A – powierzchnia plamy zanieczyszczenia, m
2
F - miąższość zanieczyszczenia nad strefą kapilarną, mm
Wartości R i F dla różnych rodzajów gruntu podano w tabeli 1.
4
Tabela 1. Wartości R i F dla różnych rodzajów gruntu do wzorów (1) i (2)
Rodzaj gruntu
Objętość zatrzymanego
produktu naftowego
R [l/m
3
]
Produkt naftowy
zawarty nad strefą
kapilarną
F [l/m
2
] (mm)
kamienie, gruboziarnisty żwir
5
5
żwir, gruboziarnisty piasek
8
8
gruboziarnisty piasek,
średnioziarnisty piasek
15
12
średnioziarnisty piasek,
drobnoziarnisty piasek
25
20
średnioziarnisty piasek, muł
40
40
Przykładowe przedziały stężeń węglowodorów rezydualnych w strefie aeracji dla
różnych produktów naftowych i rodzajów gruntów przedstawiono na rys. 4.
90
80
80
70
60
50
40
40
30
30
20
20
15
10
10
5
7,5
2,5
0
żwir
piasek grubozirnisty
piasek drobnoziarnisty
R odzaj gruntu
benzyny
des tylaty ciężkie
oleje opałow e
Rys. 4. Stężeń węglowodorów rezydualnych w strefie aeracji dla różnych produktów naftowych i
gruntów.
2.
Wymagane prawnie standardy jakości środowiska gruntowo-wodnego
Każdy niekontrolowany wyciek produktów naftowych jest istotną ingerencją w
środowisko gruntowo-wodne, ponieważ węglowodory hamują wymianę gazową,
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]