способ экспресс-определения загрязнения участков почв и подземных вод нефтью и нефтепродуктами

Формула изобретения

Способ экспресс-определения загрязнения участков почв и подземных вод нефтью и нефтепродуктами, включающий площадное бурение скважин малого диаметра на малую глубину, отбор проб подпочвенного газа, определение в пробах объемной концентрации метана и суммарных углеводородов, а также объемной активности радона Rn²²² и Rn²²⁰, по снижению объемной активности радона и повышению концентрации метана и суммарных углеводородов относительно природного фона делают вывод о наличии участка загрязнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к мониторингу окружающей среды, определению зон техногенного загрязнения почв и подземных вод нефтью и нефтепродуктами.

Известны различные способы определения загрязнения почв и воды, включающие отбор и анализ проб воды или почвы, определение относительной концентрации компонентов и сравнение их содержания с санитарно-гигиеническими и экологическими нормативами, например способ опознания источника загрязнения окружающей среды (патент № 2102743).

Известен способ определения загрязненности почвенного покрова техногенными компонентами (патент № 2229738), при котором пробы анализируют при помощи бинокулярного стереоскопического микроскопа, устанавливают процентное соотношение техногенных компонентов, по которым проводят построение изолиний и выделяют загрязненные участки почвенного покрова.

Известен способ выявления зоны техногенного химического загрязнения (патент № 2208781), в котором из проб атмосферного воздуха, воды поверхностного источника или почвы извлекают загрязнения различной токсичности, подвергают соответствующей пробоподготовке, переносят в хроматографическую колонку хроматографа, снабженного детектором неразрушающего контроля, вводят модельную смесь двух токсикантов, в частности гексана и бензола, один из которых является малотоксичным, а другой обладает высокой неспецифической токсичностью, измеряют время удерживания бензола относительно гексана при постоянной температуре термостата, определяют относительный объем удерживания бензола по отношению к гексану при заданной скорости газа-носителя и рассчитывают содержание загрязнений в конкретных зонах объектов окружающей среды.

Известен геохимический способ выявления и оценки зон техногенного загрязнения рек (патент № 2205401), включающий отбор проб, выделение из речной взвеси, определение ее химического состава с последующей оценкой уровня накопления химических элементов относительно их фоновых содержаний, установление участков рек с разным уровнем техногенного загрязнения, причем в качестве речной взвеси используют эпифитовзвесь, которую отделяют от растений - макрофитов после их извлечения из воды и высушивания, в пробах эпифитовзвеси стандартными методами химического анализа определяют содержания химических элементов, рассчитывают коэффициенты концентрации химических элементов в эпифитовзвеси в виде отношения их содержания в конкретной точке наблюдения к фоновому содержанию, группируют химические элементы по значениям коэффициентов концентрации в эпифитовзвеси и устанавливают геохимические ассоциации, которые характеризуют качественный состав техногенного загрязнения, рассчитывают суммарный показатель загрязнения

Известен способ поиска нефтепродуктов в земле (патент № 2100829) с использованием газохимической съемки. По данному способу проводят газогеохимическую съемку, для чего в выбранных пунктах, не привязанных к источнику сейсмических волн, бурят шпуры или мелкие скважины до глубины 10 м для отбора подпочвенного воздуха. Глубина бурения определяется метологическими особенностями верхней части разреза и уровнем грунтовых вод. Скважины прокачивают для удаления атмосферного воздуха и герметизируют крышкой, в которую вставляют трубку с клапаном или зажимом для отбора воздуха из скважины. В течение 2 дней скважины отстаиваются до наступления температурного и компонентного равновесия воздуха в скважине и в прискважинной зоне грунта. После этого осуществляют отбор воздуха из скважины и определяют в нем зоны повышенной концентрации углеводородов известным способом, например газовой хроматографией, а по соотношению концентраций тяжелых и легких углеводородов судят о наличии нефтепродуктов в верхних слоях земли исследуемого района.

Недостатком вышеуказанных методов является необходимость бурения глубоких скважин (до верхнего безнапорного горизонта подземных вод), отбора проб, затрата большого количества времени на их подготовку к пробоотбору и проведение анализа, необходимость привлечения техники, специалистов. Бурение скважин сопряжено с проблемами доступности и особенности рельефа местности, а также относительно высокой стоимостью работ.

Известно устройство для экспресс-анализа уровня нефтяных углеводородов в почве RemScan южно-австралийской фирмы Ziltek, которое использует инфракрасный сигнал для непосредственного измерения углеводородов в почве. Недостатком является возможность определения углеводородов только в приземном слое воздуха, т.е. фактическое определение газовой шапки. С учетом возможных биотических процессов, происходящих в гумусовом слое, могут быть получены данные по содержанию суммарных углеводородов биогенного происхождения, которые могут значительно исказить результат.

Других известных экспресс-методов определения загрязненных участков почв и подземных вод нефтью и нефтепродуктами при исследовании уровня техники не выявлено.

Наиболее близким к заявляемому (прототипом) является способ атмогеохимической (газохимической) съемки территории с целью предварительного оконтуривания ореолов загрязнения нефтепродуктами геологической среды, выявления возможных источников загрязнения (http://www.hydrogeoecology.ru/index.php/iblioteka-gidek/zhumaly/razvedka-i-okhrana-nedr-10-2010-g/43-metodika-otsenki-nefteproduktovogo-zagryazneniya-geologicheskoj -sredy-na-otdelnykh-ob-ektakh-povolzhya). По результатам съемки выделяются зоны подпочвенного скопления летучих углеводородов. Для контроля используется переносной фотоионизационный газоанализатор «Колион-1A», предназначенный для количественного определения концентрации токсичных и особо вредных веществ (паров углеводородов нефти и нефтепродуктов и пр.) в воздухе. Газоанализатор «Колион-1A» определяет до 70 компонентов 2-4 класса опасности, в т.ч. углеводороды нефти. Диапазон измерения - 5-2000 мг/м³.

Для проведения исследований концентрации подпочвенного скопления газа проводится площадное бурение скважин малого диаметра на глубину до 0,5 м, в которых газоанализатором через 5 секунд фиксируется концентрация вещества. Значения сравниваются с фоновыми показателями, полученными в точках, расположенных выше по потоку грунтовых вод от места расположения источника загрязнения, с помощью навигатора проводится географическая привязка точек измерений.

Недостатком прототипа является возможность улавливать только суммарные углеводороды и низкая селективность самого прибора, кроме того, углеводороды, выделяемые в результате биотических процессов, не выделяются, что также может исказить результат. В способе отсутствуют косвенные подтверждающие загрязнение признаки. Это увеличивает неопределенность при предварительном оконтуривании ореолов загрязнения геологической среды.

Задача изобретения - создание способа экспресс-определения загрязнения участков почв и подземных вод нефтью и нефтепродуктами, который позволит в краткие сроки без существенных материальных затрат и технических ресурсов определить границы загрязнения.

Поставленная задача решается тем, что в способе экспресс-определения загрязнения участков почв и подземных вод нефтью и нефтепродуктами, включающем площадное бурение скважин малого диаметра на малую глубину, фиксацию концентрации подпочвенного газа, согласно изобретению выполняют отбор проб подпочвенного газа, в пробах определяют объемную концентрацию метана и суммарных углеводородов, объемную активность радона Rn²²² и Кл ²²⁰, по полученным данным и их соотношению делают вывод о наличии участка загрязнения.

Способ реализуется следующей последовательностью операций: бурят вручную скважины малого диаметра (до 100 мм) на глубину до 0,5 м до 1 м. В скважину опускают цилиндрическое пробоотборное устройство, которое позволяет отобрать почвенные газы, и стабилизируют в течение 20 минут. Точки отбора проб выбирают исходя из конкретных условий местности, исключающих искажение результата.

Для определения в отобранных пробах объемной концентрации метана и суммарных углеводородов, объемной активности радона Rn²²² и Rn²²⁰ используют квазиинтегральный радометр-спектрометр с погрешностью измерения не ниже 10%, совмещенный с газоанализаторами на метан и суммарные углеводороды с чувствительностью от 0 до 30000 ppm. По совокупности показателей определяют ореол и характер загрязнения.

Данные натурных наблюдений представлены в таблице и на чертеже.

Показатели объемной активности радона Rn222 и Rn220 и объемной концентрации суммарных углеводородов в пробах
Точка по замеру	Rn222, Бк/м 3	Rn220, Бк/м3	CH4+CxHx , ppm
1	560,2676	400,4682	349,8243
2	160,0335	440,2676	2685,468
3	150,0669	360,2007	4006,804
4	106,6667	346,6667	5404,248
5	660,5686	780,6689	201,5422

Согласно данным таблицы нефтяное загрязнение расположено под точками 2, 3, 4. Точки 1 и 5 являются точками естественного фона, которые характеризуют нормальное соотношение естественного природного фона определяемых параметров. Точки 2, 3, 4 являются аномальными для естественного природного фона, что непосредственно указывает на наличие загрязнения.

В случае наличия слоя грунтовых вод картина загрязнения не изменится, но в таком случае углеводороводное загрязнение будет располагаться в виде линзы на поверхности грунтовых вод. Это может подтверждать наличие углеводородной линзы в антисинклиналях или нефтяных ловушках водоносного пласта.

Сущность способа объясняется разностью растворимости Rn²²² в углеводородах и воде. Rn₂₂₂ выделяется на всей поверхности Земли приблизительно равномерно (за исключением геофизических аномалий), а в местах загрязнения углеводородами он растворяется в углеводородах и его концентрация снижается (растворимость в воде в 40 раз меньше, чем в углеводородах). А поскольку период полураспада составляет 3,8 суток, растворившись в углеводородах, радон остается и распадается на дочерние продукты. Rn²²⁰ является дочерним продуктом распада Rn²²², что также косвенно подтверждает наличие углеводородного загрязнения. Следовательно, снижение концентрации радона ниже природного фона и повышение концентрации метана и суммарных углеводородов указывает на наличие углеводородного загрязнения.