РОЗДІЛ 2
ТИПІЗАЦІЯ УМОВ ЗАБРУДНЕННЯ ВОДОЗАБОРІВ
НАФТОПРОДУКТАМИ
На умови забруднення водозаборів нафтопродуктами впливають різні фактори - природні (геологічна будівля, літологія порід, гідрогеологічні і геоморфологічні умови), техногенні (умови надходження нафтопродуктів), фізико-хімічні (властивості нафтопродуктів, як речовин-забруднювачів). З метою прогнозування якості підземних вод на водозаборах в дисертаційній роботі розроблена схема типізації умов забруднення водозаборів нафтопродуктами з виділенням основних показників:
1. фізико-хімічні властивості нафтопродуктів,
2. умови надходження нафтопродуктів та форми міграції нафтопродуктів у геологічному середовищі,
3. геолого-гідрогеологічні умови розташування водозабору,
4. режим експлуатації та конструктивні особливості водозабору.
2.1. Фізико-хімічні властивості нафтопродуктів, як речовини-забруднювача
До нафтопродуктів відносять вуглеводневі фракції, одержані в результаті процесів перегонки, а також вторинної переробки нафти. Нафтопродукти можна об'єднати в основні групи - палива (бензин, гас, мазут), масла, бітуми [113]. Нафтопродукти являють собою комплексні вуглеводневі сполуки. Їх компонентний склад представлений переважно парафіновими, циклопарафіновими (нафтенами), олефінами та ароматичними вуглеводнями (див. табл. 2.1).
Нафтопродукти відносяться до рідин, що не змішуються з водою (НР), і особливості їх міграції у геологічному середовищі визначаються фізичними і фізико-хімічними властивостями, до яких відносяться щільність, в'язкість, змочуваність, поверхневий натяг, температура кипіння, розчинність у воді та здатність сорбуватися породами.
Розрізняють легкі (щільність яких менша за щільність води) і важкі (більша за щільність води) нафтопродукти.
Таблиця 2.1
Хімічний склад нафтопродуктів [28]НафтопродуктВуглеводні, масова доля, %парафінові
та нафтеновіароматичніолефінові
та ін.Автомобільні бензини:А-7277.45.217.4А-6681.82.815.4Б-7083.017.00.0Авіаційні гасиТС-158.7 (24.4)*16.20.7ТС-523.3 (57.2)18.90.6Дизельне пальне:ДП93.95.4-З82.416.8-Л76.422.1-Автомобільне маслоАК-1056.540.0-Трансформаторне масло72.0-76.022.0-26.0-* В дужках приведено кількість нафтенових.
Слід відзначити, що особливості міграції легких та важких нафтопродуктів у геологічному середовищі мають принципову різницю. В дисертаційній роботі розглядається забруднення водозаборів легкими нафтопродуктами, які далі будуть називатись "нафтопродукти".
В'язкість нафтопродуктів впливає на швидкість їх міграції у геологічному середовищі і залежить від фракційного і групового складу нафтопродуктів - чим важчий фракційний склад нафтопродуктів і чим більше асфальтосмолистих речовин у їх складі, тим вище в'язкість (див. табл. 2.2). В'язкість нафтопродуктів переважно більше в'язкості води, яка дорівнює 1. Особливо це відноситься до важких фракцій - масел, котельних палив. В'язкість бензину менше в'язкості води, що обумовлює можливість більш швидкого переміщення в геологічному середовищі. Нафтопродукти з високою в'язкістю, наприклад, мазут, можуть взагалі не досягти ґрунтових вод, утворюючи бітумний екран в зоні аерації [29].
Поводження нафтових забруднювачів у поровому просторі залежить від їх поверхневого натягу, який обумовлений молекулярними силами. На поверхні розподілу нафтопродукту з водою або повітрям виникає міжфазовий натяг [1, 13]. Міжфазовий натяг на контакті води і вуглеводнів нафти коливається від нуля до 72 дин/см у залежності від компонентного складу забруднювача, складаючи в середньому 30-35 дин/см [66].
Таблиця 2.2
Фізичні властивості нафти і нафтопродуктів [28]Нафта і нафтопродуктиТемпература
кипіння, °СЩільність
при 20°С,
г/см3В'язкість
кінематична
при 20(50)°С, мм2/сРозчинність,
мг/дм3Нафта20* и > 100*0.73-1.04(1.20-55.0)**10-50Бензини30-2100.700-0.7500.43-0.829.00-505.00Гаси130-3000.775-0.8501.25-3.502.00-12.50Палива дизельні150-4000.795-0.880***1.84-7.73***-Палива котельні-0.900-0.930****(35.30-87.50)****4.40-22.00Масла:автомобільні>360н. д.(55.00-71.40)н. д.індустріальнін. д.н. д.22.0-1244.0н. д.трансформаторнін. д.0.860-0.890(7.40-9.40)н. д.**** Температура початку кипіння.
**** В дужках наведено значення для 50°С.
**** Для швидкоходових двигунів.
**** Мазути флотські.
Температура кипіння, яка є прямою функцією молекулярної маси, характеризує здатність нафтопродуктів до звітрювання. Окремі нафтопродукти, наприклад бензин, до складу якого входять переважно вуглеводні з низькою температурою кипіння, можуть легко випаровуватися з поверхні забруднених ґрунтових вод і утворювати газову хмару в зоні аерації, що поширює зону забруднення [26, 28, 111].
Молекулярна розчинність нафтопродуктів пов'язана з їх хімічним складом. Вона зменшується зі зниженням вмісту в нафтопродуктах ароматичних вуглеводнів і підвищенням вмісту циклопарафінових і парафінових [28]. В цілому, нафтові забруднювачі погано розчиняються у воді, однак, для ряду ароматичних сполук характерна висока розчинність у воді (див. табл. 2.2 і 2.3). Чим вище розчинність нафтопродукту, тим вищі його концентрації у підземних водах, і, відповідно, тим більша площа водоносного горизонту виявиться забрудненою. У забруднених підземних водах найчастіше зустрічаються ароматичні вуглеводні, а також хлорпохідні вуглеводні, що є канцерогенними речовинами і становлять найбільшу небезпеку для підземних вод. Не менш важливо враховувати великий спектр їх геохімічних трансформацій [31, 50-53]. Згідно [135], з 23% початкової маси компонентів газоліну, що попадають у розчиненому вигляді в підземні води, 82% складають ароматичні сполуки. При вмісті у бензині 5,18% ароматичних і 94,82% неароматичних вуглеводнів, у насиченому бензином водяному розчині ароматичні вуглеводні склали 72,55% [28]. Слід зазначити, що розчинність у воді навіть погано розчинних вуглеводнів на декілька порядк