Кислогудронный пруд накопитель жидких отходов II класса опасности.
Проблема складирования сернокислых гудронов существуют в крупных нефтедобывающим странах с 1920-1930 гг. Непрерывное увеличение их количества влечет за собой риски загрязнения окружающей среды, вследствие нестабильного состава, основным токсикантом которого является серная кислота. На сегодняшний день количество прудов-накопителей продолжает возрастать в связи с повышением роли нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей в промышленном секторе мировой экономики. На территории ОПНМЗ им. Д. И. Менделеева в г. Ярославле ориентировочный объем складируемых кислых гудронов составляет 700 тыс. тонн. Большинство сернокислых гудронов складируются в земляных котлованах, обнесенные грунтовыми плотинами, которые были спроектированы в 1930 годах и постепенно утрачивают свои конструктивные функции, вследствие чего возможны риски разливов прудов-накопителей.
Цель исследования: рассчитать возможные риски разлива кисло гудронных прудов накопителей, содержащих жидкий отход II класса опасности, путем оценки риска аварии на гидротехническом сооружении в промышленности.
Состав кислых гудронов сложен и высокотоксичен, он включает большое число разнообразных углеводородов, а также широкий спектр сульфосоединений, таких как серная и сульфоновые кислоты, кислые (алкилсерные кислоты, моноалкилсульфаты) и средние эфиры (диалкилсульфаты).
Процент вторичного использования данных серосодержащих отходов составляет менее 25-ти %, вследствие чего идет их активное накапливание в прудах накопителях, которые представляют собой открытые земляные ёмкости с неизвестной гидроизоляцией, расположенных вблизи всех крупных нефтеперерабатывающих заводов [1].
В процессе хранения содержимое прудов - накопителей разделяется на три слоя: слой кислого масла (лёгкая масляная часть кислого гудрона) (0,3м), водный слой, содержащий разбавленную серную кислоту, сульфокислоты и эмульсию нефтепродуктов в воде (0,5 м) и нижний слой представлен кислым гудроном с высоким содержанием сераорганических соединений, с повышенной плотностью (тяжелее воды, до 3,0м) [2].
Токсичность кислого гудрона обусловлена содержанием серной кислоты (70% от общей массы отхода) и других сульфосерных соединений. Серная кислота является токсичным веществом по классификации установленной федеральным закон от 21.07.1997 №116-ФЗ (ред. от 29.07.2018) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
Серная кислота – сильная двухосновная кислота, в стандартных условиях представляет собой маслянистую жидкость без цвета и запаха. Неочищенная серная кислота имеет желтоватый или буро-желтый цвет. В технике серной кислотой называют ее смеси как с водой, так и с серным ангидридом.
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. Разбавленная серная кислота взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода (H), с выделением Н2, окислительные свойства для нее нехарактерны [3].
Попадание серной кислоты в организм человека возможно несколькими путями: ингаляционное отравление парами, энтеральное отравление, попадание на кожу, попадание в глаза.
Серная кислота обладает раздражающим и прижигающим действием на слизистые оболочки дыхательных путей и легкие. Острое отравление серной кислотой проявляется резким раздражением верхних дыхательных путей, затруднением дыхания, спазмом голосовой щели, жжением в глазах. При попадании на кожу серная кислота вызывает тяжелые ожоги, возможны ожоговый шок, коллапс.
Токсичность, входящих в состав алкилирующих агентов прямо коррелирует с их способностью алкилировать. Средние эфиры серной кислоты обладают более сильными алкилирующими свойствами, чем кислые эфиры [4].
Таким образом, содержание серной кислоты определяет принадлежность кислых гудронов ко II классу опасности и его токсикометрические характеристики.
Объект окружающей среды Время воздействия Размерность Значение Пресные воды Краткосрочный Мг/л 0,003 Морская вода краткосрочный Мг/л 0 Пресноводные отложения краткосрочный Мг/кг 0,002 Морские отложения краткосрочный Мг/кг 0,002 В почвенном слое краткосрочный Мг/кг 160
Ярославский нефтеперерабатывающим завод им. Д.И. Менделеева «Славнефть» считается одним из крупнейших заводов, специализирующийся на производстве широкого спектра масел. На сегодняшний день на территории НПЗ общий объем кислых гудронов в прудах-накопителях составляет порядка 700 тыс. тонн.
На территории ОПНМЗ им. Д. И. Менделеева в г. Ярославль локализованы три основные секции прудов-накопителей кислых гудронов. Пруды расположены в водоохранной зоне Волги на пойменной правобережной террасе ее притока – реки Печегды. Суммарная площадь территории, выделенной под хранение жидких отходов составляет около 28 га. Первый пруд-накопитель представляет собой двухсекционный «нижний» пруд объемом около 500 тыс. м³ и с площадью зеркала 14,3 га. Второй резервуар – двухсекционный, общим объемом 350 тыс. м³ и площадью зеркала 10 га. Третий пруд-накопитель – 8-секционный «верхний» пруд с антифильтрующим экраном общей площадью зеркала около 4,5 га и объемом 14 тыс. м³. На сегодняшний день гудрон в нем обезврежен [6].
С весны 2016 года на Ярославском нефтеперерабатывающем заводе имени Менделеева и на территории Тутаевского района был введен режим ЧС. Вследствие частых весенних паводков на реке Печегда существует угроза, превышения уровня кислого гудрона в прудах накопителях, отметки 1 метра от кроев дамбы, сдерживающая экологическую катастрофу [7].
Если серная кислота в составе кислых гудронов с поверхности прудов-накопителей, минуя земляную дамбу, попадет в экосистемы, это грозит нарушением кислотно-щелочного баланса почвенного горизонта, что повлечет за собой потери плодородного слоя и, как следствие, прекращение выращивания сельскохозяйственных культур. Отсутствующие и загрязненные тяжелыми металлами культурные растения повлекут за собой отравление и гибель не только сельскохозяйственных животных, но и людей. В связи с присутствием серной кислоты и прочих органических соединений происходит образование сульфокислот, которые при взаимодействии с водой образуют ряд токсичных веществ: бензол, двуокись серы, толуол. При их выделении в атмосферу и последующем вдыхании возможны различные заболевания органов дыхательного аппарата, иммунной системы, а также снижение плодородия почв т.к. наблюдается непосредственное поступление токсиканта через биологические мембраны в растения. Через подземные воды существует риск попадания загрязненных вод в крупные водные объекты, такие как река Печегда и Волга. В результате накопления в почвах тяжелых металлов и содержания серной кислоты, многие поволжские города без альтернативных систем водоснабжения останутся без воды, вследствие непригодности водного объекта как источника питьевой воды. Таким образом, данная катастрофа затронет все крупных города, находящиеся на р. Волга, что повлечет за собой упадок экономики, так как прекратится деятельность агропромышленного комплекса, рыболовного промысла и других отраслей промышленности, в связи с распространением токсиканта по течению реки Волга и последующим проникновением в другие компоненты окружающей среды и трансформацией в ряд других опасных токсикантов.
Хранилища кисло-гудронных отходов предприятия ОПНМЗ им. Д. И. Менделеева локализуются в трех основных прудах-накопителях, расположенных на правобережной пойме реки Печегда, обнесенной низкой грунтовой плотиной Земляная плотина - насыпная грунтовая зонированная (гравитационного типа) выстой 1,5 метра, состоящая преимущественно из песочных, глинистых и крупнообломочных грунтов в твёрдом и полутвердом состоянии. В зависимости от высоты и типа грунта основания данный тип ГТС относится к IV классу [8].
Значение ширины гребня дамбы и заложение внешнего/внутреннего откоса принимались в соответствии со СНиП 2.06.05-84. Плотность частиц и средневзвешенный размер частиц определялись с учетом средних показателей для песчаных грунтов.
Для оценки риска гидротехнического сооружения основных сценариев развития аварий А1, А2 на грунтовой плотине прудов-накопителей кислых гудронов на территории ОПНМЗ им. Д. И. Менделеева использовался метод анализа «дерева отказов» («Fault Tree Analysis» - FTA), рекомендованный СТП ВНИИГ 230.2.001-00 [9].
К первой группе сценариев развития аварий (А1) будут относится случаи аварийного переполнения пруда-накопителя через гребень грунтовой плотины в паводок, вследствие экстремальных ливневых осадков и ураганного ветра, способствующего формированию волны перелива через ограждающую дамбу, исходя из условия разрушения земляных дамб – толщина слоя переливающейся воды до 1,5 м в течение 1 ч. Следствием перелива будет размыв участка плотины, образование прорана в теле плотины, волна прорыва и затопление нижнего бьефа.
Во второй группе сценариев (А2) будут рассмотрены случаи локального разрушения участка грунтовой плотины вследствие возможной потери статической устойчивости плотины или фильтрационной прочности грунтов тела. Данные нарушения могут привести к переливу в зоне локального понижения гребня на разрушенном участке плотины. Следствием перелива будет дополнительный размыв разрушенного участка плотины, образование прорана, волна прорыва и затопление нижнего бьефа.
Оценка риска аварии по заданным сценариям производилась на основании анализа уровня опасности аварии и уровня уязвимости ГТС. Расчеты проводились с учетом ГОСТ Р 22.2.09-2015 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Экспертная оценка уровня безопасности и риска аварий гидротехнических сооружений»
Оценка риска аварии производится на основании анализа уровня опасности аварии и уровня уязвимости ГТС. Для оценки уровня риска аварии вначале рассчитывается коэффициент риска на основе принципа пересечения этих событий, т.е.: ra= λ*v, где: λ - коэффициент опасности для ГТС; v - коэффициент уязвимости ГТС, которые были определены исходя из предложенной методики расчета.
Rа=0,725*0,933=0,676
Классификация уровня безопасности ГТС по значению коэффициента риска аварии ra определяется по таблице № 6.
Расчеты коэффициента риска позволяют не только определять уровень безопасности ГТС, но и оценивать вероятность возникновения аварии Ра (ГТС):
Где: erfc(x)-вероятностная функция, значения которой приведены в расчётной методике, rk - катастрофическое значение коэффициента риска (rk = 1); r доп - допустимое значение коэффициента риска, выше которого не обеспечивается нормальный уровень безопасности ГТС (r доп = 0,15); β - коэффициент вероятности, зависящий от класса гидротехнического сооружения
Оценка уровня риска по вероятности возникновения аварий на ГТС проводилась с учетом таблицы № 7.
В результате произведённых расчетов был найден коэффициент риска аварии (ra=0,676) и уровень риска аварии на грунтовой плотине IV класса разделяющей кислогудронные пруды накопители (Pa=0,3004 1/год). Оба значения соответствуют опасному уровню безопасности и недопустимому уровню риску на гидротехническом сооружении по значению вероятности аварий
При рассчитанных значениях вероятности возникновения аварий на грунтовой плотины, ограничивающей гудронные пруды накопители, дальнейшая эксплуатация сооружения в проектном режиме недопустима без проведения в установленные органами государственного надзора сроки технических и организационных мероприятий по снижению риска аварий и восстановлению нормального уровня безопасности.
В качестве таких первоочередных мероприятий необходимо:
1.По результатам оценки соответствия, при необходимости, провести поверочные гидрологические и водобалансовые расчеты.
2.При необходимости, разработать проект технических решений по пропуску дополнительных расходов и/или мероприятий по особому регулированию воды в реке Печегда в предпаводковые и паводковые периоды эксплуатации.
3.По результатам оценки соответствия, при необходимости, разработать проект и произвести строительно-монтажные работы по изменению и/или усилению конструкций водосброса.
4.Выполнить работы по устранению выявленных провалов, размывов и деформаций грунта в зоне примыкания к бетонным конструкциям водосброса.
5.Обеспечить обучение работников в соответствие с их штатными обязанностями, в том числе на курсах повышения квалификации.
6.Разработать и утвердить в установленном порядке план ликвидации аварийных ситуаций (ПЛА).
Таким образом, накопление кислых гудронов в прудах-отстойниках является серьезной проблемой, которая требует неминуемого решения. Общая масса кислых прудов-накопителей демонстрирует высокий уровень гудронов в России и за рубежом огромна и достигает миллионов тонн. Данный вид отхода содержит с воем составе токсичное вещество в концентрации от 15-70% от общего компонентного состава. Серная кислота является опасным токсикантом, имеющий широкий спектр физико-химических свойств, обуславливающий возможность ее нахождения в различных геосферах Земли. Рассчитанные риски разлива кисло-гудронных вероятности чрезвычайной ситуации на местном уровне в г. Ярославле, так и с выходом на федеральный масштаб. В связи с выявленными высокими рисками разлива сернокислых прудов накопителей подтверждается необходимость мониторинга, поиска современных способ утилизации, а также экспертного прогнозирования влияния опасных токсикантов на окружающую природную среду вследствие своевременного предотвращения экологических катастроф.
Список использованной литературы
2. Сернокислые гудроновые озера и методы их утилизации [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www. corvus. Lv Дата обращения: 20.10.2020
3. Шухов В.И., Тишакова А.Н. Кислые гудроны и проблемы их утилизации [электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.techros.ru/ Дата обращения: 20.10.2020
4. Мещеряков С.В., Спиркин В.Г., Хлебинская О.А., Люшин М.М. Экология производства, 2, 4-6 (2005).
5. Колмаков Г.А., Гришин Д.Ф., Зорин А.Д., Занозина В.Ф. Экологический аспект складирования кислых гудронов и их утилизация в товарные нефтепродукты // Нефтехимия. 2007. Т. 47. № 6. С. 411–422
6. Гудронные пруды под Ярославлем [электронный ресурс]. – Режим доступа: https://rg.ru/2017/03/14/reg-cfo/gudronnye-prudy-pod-iaroslavlem-stali-hronicheskoj-chs.html Дата обращения: 20.10.2020
7. Уровень кислогудронных прудов под Ярославлем [электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.kommersant.ru/doc/4432760 Дата обращения: 20.10.2020
8. Характеристики грунтовых плотин [электронный ресурс]. – Режим доступа: https://childs-illness.ru/otravlenie-naftalinom https://greendeco.ru/spravochniie-razdel/stroitelstvo/gruntovie-plotini/ Дата обращения: 22.10.2020
9. Идентификация и оценка риска [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://best-stat.ru/risk-menedzhment/identifikatsiya-i-otsenka-riskov-6-analiz-dereva-otkazov-fault-tree-analysis-fta.html Дата обращения: 22.10.2020
