魏巍 李啟彬
摘要:高含硫的天然氣田在開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)排放出大量的SO2,且主要是由凈化廠排放,對(duì)周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境將產(chǎn)生一定的影響。故采取長(zhǎng)效生態(tài)監(jiān)測(cè)的方式,對(duì)工程(主要是凈化廠)周?chē)霓r(nóng)作物、林草植被、大氣、土壤、地表水、地下水、雨水進(jìn)行監(jiān)測(cè),并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)探討,以判斷高含硫天然氣田開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的影響程度,指導(dǎo)人們采取生態(tài)恢復(fù)或其他應(yīng)對(duì)措施將影響降低到最小。
關(guān)鍵詞:高含硫天然氣田;長(zhǎng)效生態(tài)監(jiān)測(cè);評(píng)價(jià)
中圖分類(lèi)號(hào):X822.4;X835文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0439-8114(2012)16-3468-04
Long-Term Ecological Monitoring and Evaluation on Gas Fields with High-Sulfur Content during Operations Period
WEI Wei,LI Qi-bin
(Faculty of Geosciences and Environmental Engineering, Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)
Abstract: Gas fields with high-sulfur content during operation period will emit large amount of SO2 mainly from purification plant. SO2 emitted had some impact on the surrounding ecological environment. The crops, vegetation, air, soil, surface water, groundwater, and rainwater around the project(mainly purification plant) were monitored in long-term way and the impact of gas field on the surrounding eco-environment was evaluated in accordance with relevant standards to provided basis for minimizing the impact.
Key words: high-sulfur gas field; long-term ecological monitoring; evaluation
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,相應(yīng)的能源消耗也大幅度增長(zhǎng),并多次出現(xiàn)能源危機(jī)。作為一種高效、優(yōu)質(zhì)、清潔的能源及重要的化工原料,天然氣開(kāi)發(fā)利用能很好地減緩這一危機(jī),具有很好的經(jīng)濟(jì)前景。但很多天然氣藏卻為高含硫氣藏,這種氣藏具有危險(xiǎn)性高且易爆炸的特點(diǎn),這無(wú)疑使開(kāi)采難度加大,而且開(kāi)采出來(lái)的高含硫天然氣在通過(guò)凈化廠進(jìn)行脫硫處理后仍會(huì)排放出大量的SO2,對(duì)周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。有關(guān)研究表明[1],大氣中SO2等污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響具有累積效應(yīng),除大氣中SO2濃度達(dá)到生態(tài)環(huán)境的急性傷害閾值時(shí),生態(tài)環(huán)境會(huì)受到急性破壞而易被發(fā)現(xiàn)外,其余情況(大氣中SO2濃度未達(dá)到生態(tài)環(huán)境的急性傷害閾值)通常較難察覺(jué),但后期會(huì)使植物生理功能紊亂[2,3]。通過(guò)對(duì)高含硫天然氣(以下簡(jiǎn)稱氣田)開(kāi)發(fā)及凈化廠工程影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)中的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè),對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行前后對(duì)比和系統(tǒng)的分析,找出變化規(guī)律,并與各生態(tài)要素的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比,評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境受影響的情況,從而更科學(xué)地指導(dǎo)人們采取生態(tài)恢復(fù)措施或其他控制措施,最大限度地恢復(fù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。
1氣田運(yùn)營(yíng)期的主要環(huán)境污染
氣田開(kāi)發(fā)及凈化廠工程在運(yùn)營(yíng)期間會(huì)產(chǎn)生一系列的污染源。氣田的污染源包括:廢氣污染,主要為無(wú)組織泄漏烴類(lèi)氣體、加熱爐等燃燒產(chǎn)生的煙氣、清管廢氣;廢水污染,主要為天然氣凝析水、井下作業(yè)廢水、生活污水、其他廢水;固體廢物污染,主要為清管雜質(zhì)、生活垃圾;噪聲污染,主要集中在集氣站的水套加熱爐和分離器等設(shè)備間。凈化廠的污染源包括:廢氣污染,主要為脫水裝置、硫磺回收裝置、灼燒爐、動(dòng)力站燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)忮仩t和火炬產(chǎn)生;廢水污染,主要為工藝裝置生產(chǎn)污水、鍋爐排污、工藝裝置檢修污水、循環(huán)系統(tǒng)排污、凈水廠反沖洗水、化驗(yàn)室污水、廠區(qū)生活污水;固體廢物污染,主要為廢催化劑和污水處理場(chǎng)排放的污泥;噪聲污染,主要為風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、MDEA溶液循環(huán)泵、涼水塔風(fēng)機(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,項(xiàng)目負(fù)責(zé)人會(huì)采取相應(yīng)的環(huán)保措施對(duì)污染源加以控制和處理,但由于SO2的排放量大,對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的影響也較大,故綜合分析可知,對(duì)生態(tài)環(huán)境可能產(chǎn)生的影響主要是氣田加熱爐排放的燃料廢氣及凈化廠的尾氣焚燒爐廢氣中的SO2,且以凈化廠的SO2排放為主。因此,監(jiān)測(cè)部門(mén)應(yīng)以凈化廠排放的SO2為重點(diǎn)對(duì)區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)效生態(tài)監(jiān)測(cè)。現(xiàn)就監(jiān)測(cè)計(jì)劃和評(píng)價(jià)進(jìn)行探討。
2生態(tài)監(jiān)測(cè)計(jì)劃與評(píng)價(jià)
2.1農(nóng)作物監(jiān)測(cè)計(jì)劃與評(píng)價(jià)
2.1.1采樣方法葉片的采樣方法:在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近,選擇具有代表性,向陽(yáng)程度、葉片大小、生長(zhǎng)時(shí)期、高度相近和葉序相當(dāng)?shù)霓r(nóng)作物正常生長(zhǎng)的葉片。每次分別采集成熟葉片、嫩葉片和新芽葉片(按葉片序列確定)。葉片采樣數(shù)量需滿足監(jiān)測(cè)所需樣品量。果實(shí)的采樣方法:對(duì)農(nóng)作物的子粒進(jìn)行采樣。
2.1.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)頻次農(nóng)作物葉片的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有pH、含硫量、葉綠素含量、葉片可見(jiàn)傷害;葉片的監(jiān)測(cè)頻次為根據(jù)監(jiān)測(cè)作物的生育期每生長(zhǎng)季采樣監(jiān)測(cè)1次。果實(shí)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要為產(chǎn)量、含硫量;果實(shí)的監(jiān)測(cè)頻次為根據(jù)監(jiān)測(cè)作物的收獲期每生長(zhǎng)季采樣監(jiān)測(cè)1次。
2.1.3監(jiān)測(cè)分析方法監(jiān)測(cè)分析方法見(jiàn)表1。
2.1.4評(píng)價(jià)方法通過(guò)對(duì)區(qū)域農(nóng)作物的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),觀察和比較葉片可見(jiàn)傷害、產(chǎn)量有無(wú)突變,葉片pH、含硫量及葉綠素含量是否有大幅度的變化。若通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)作物上述指標(biāo)出現(xiàn)大幅度的變化,則表明農(nóng)作物已受到區(qū)域SO2排放的影響,需采取針對(duì)性措施。
2.2林草植被監(jiān)測(cè)計(jì)劃與評(píng)價(jià)
2.2.1采樣方法采樣時(shí),選擇待測(cè)樹(shù)種(草本)中長(zhǎng)勢(shì)中等、向陽(yáng)程度、葉片大小、生育時(shí)期、高度相近和葉序相當(dāng)?shù)模持瓿赡曛仓暾IL(zhǎng)的當(dāng)年枝條葉片。每株分別在東、西、南、北4個(gè)方向采集中部同一高度的成熟葉片、嫩葉片和新芽葉片(按葉片序列確定)。
2.2.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)頻次林草植被的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為pH、含硫量、葉綠素含量、葉片可見(jiàn)傷害。其監(jiān)測(cè)頻次需要結(jié)合實(shí)際情況確定。若植被監(jiān)測(cè)點(diǎn)與農(nóng)作物監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置相近,則可與農(nóng)作物一起采集。但考慮到部分植被秋冬季出現(xiàn)落葉現(xiàn)象,故各植被監(jiān)測(cè)點(diǎn)每年采樣2次,分別為每年的5月和10月。
2.2.3監(jiān)測(cè)分析方法植被葉片pH、葉綠素和硫含量的監(jiān)測(cè)方法參見(jiàn)農(nóng)作物葉片相關(guān)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。
2.2.4評(píng)價(jià)方法通過(guò)對(duì)氣田區(qū)域林草植被的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)值的比較,觀察植物葉片pH、含硫量及葉綠素的值是否有大幅度的變化。若存在上述情況,表明該地區(qū)植被已受到氣田排放SO2的傷害。
2.3土壤監(jiān)測(cè)計(jì)劃與評(píng)價(jià)
2.3.1采樣方法
1)土壤混合樣品的采集。現(xiàn)場(chǎng)采樣時(shí)應(yīng)根據(jù)地勢(shì)地形、土壤差異性大小等來(lái)確定采樣方法和組成混合樣的樣點(diǎn)數(shù)。
梅花法:適用面積較小,地勢(shì)平坦,土壤均勻的田塊。按梅花形?。怠保皞€(gè)樣點(diǎn)。
棋盤(pán)法:適用中等面積,地勢(shì)平坦,地形完整,土壤不夠均勻的田塊,樣點(diǎn)數(shù)在10個(gè)以上。
蛇形法:適用面積較大,地形不太平坦,土壤不夠均勻,樣點(diǎn)數(shù)較多的情況。
2)采樣深度。分別于0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土層分層取土樣。
2.3.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)頻次土壤的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要為pH、有效硫、有機(jī)質(zhì)、自然水含量、孔隙度等。監(jiān)測(cè)頻次確定為每年測(cè)定2次,分別在5月、10月進(jìn)行采樣。
2.3.3監(jiān)測(cè)分析方法監(jiān)測(cè)分析方法見(jiàn)表2。
2.3.4評(píng)價(jià)方法采用單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)法[6]。
Pi=Ci/Si
式中,Pi為污染物i的污染指數(shù);Ci為土壤污染物的實(shí)測(cè)濃度;Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)濃度。
Pi≤1為非污染,1<Pi≤2為輕污染,2<Pi≤3為中等污染,Pi≥3為重污染。
2.4大氣監(jiān)測(cè)計(jì)劃與評(píng)價(jià)
2.4.1采樣方法采集空氣樣品的方法可歸納為直接采樣法和富集(濃縮)采樣法,以被動(dòng)式吸收采樣-實(shí)驗(yàn)室分析技術(shù)為基礎(chǔ)。
2.4.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)頻次大氣監(jiān)測(cè)的指標(biāo)主要為SO2、H2S、PM10、NO2。每3個(gè)月監(jiān)測(cè)1次,每次監(jiān)測(cè)3 d,SO2、PM10、NO2 3個(gè)指標(biāo)為監(jiān)測(cè)日均值,H2S為監(jiān)測(cè)小時(shí)均值。
2.4.3監(jiān)測(cè)分析方法監(jiān)測(cè)分析方法見(jiàn)表3。
2.4.4評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀采用單項(xiàng)污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)[8],其計(jì)算公式為:
Pi=Ci/Si
式中,Pi為污染物i的污染指數(shù);Ci為污染物i的實(shí)測(cè)平均濃度最大值;Si為污染物i的平均濃度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上限值。當(dāng)Pi≤1時(shí)表示符合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);Pi>1則表示超標(biāo)。
2.5地表水監(jiān)測(cè)計(jì)劃與評(píng)價(jià)
2.5.1采樣方法通常采集瞬時(shí)水樣,采樣器常用聚乙烯塑料桶、單層采水器、直立式采水器和自動(dòng)采水器。采集表層水時(shí),可用桶、瓶等沉至水面下0.3~0.5 m處直接采取。采集深層水時(shí),可使用帶重錘的采樣器沉入水中采集。以手工采樣、實(shí)驗(yàn)室分析技術(shù)為主體。
2.5.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)頻次地表水的監(jiān)測(cè)指標(biāo)為pH、SO42-、硫化物、COD、氨氮、氯化物、葉綠素a。監(jiān)測(cè)頻次為全年4次,每次監(jiān)測(cè)2 d。
2.5.3監(jiān)測(cè)分析方法監(jiān)測(cè)分析方法見(jiàn)表4。
2.5.4評(píng)價(jià)方法采用單項(xiàng)污染指數(shù)法[10],其計(jì)算公式為:
Pi=Ci/Coi
式中,Pi為單項(xiàng)污染指數(shù);Ci為i污染因子監(jiān)測(cè)濃度;Coi為i污染因子標(biāo)準(zhǔn)濃度。
若Pi≤1,表示符合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);Pi>1,則表示超標(biāo)。
pH標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)為:
SpH,j=■(PpH j>7.0)
SpH,j=■(PpH j≤7.0)
式中,SpH,j為j斷面pH污染指數(shù);PpHj為j斷面pH監(jiān)測(cè)值;PpHm為地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的pH上限值;PpHn為地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的pH下限值。
2.6地下水監(jiān)測(cè)計(jì)劃與評(píng)價(jià)
2.6.1采樣方法采集水樣時(shí)可利用抽水設(shè)備或虹吸管。采樣前應(yīng)提前數(shù)日將監(jiān)測(cè)井中積留的陳舊水抽出,待新水重新補(bǔ)充后再采集水樣,采樣深度應(yīng)在距地下水水面0.5 m以下,以保證水樣能代表地下水水質(zhì)。
2.6.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)頻次地下水監(jiān)測(cè)指標(biāo)為pH、高錳酸鹽指數(shù)、SO42-、硫化物、氨氮、硝酸鹽、Fe、Mn、六價(jià)鉻。每季度采樣1次,全年4次。
2.6.3監(jiān)測(cè)分析方法監(jiān)測(cè)分析方法見(jiàn)表5。
2.6.4評(píng)價(jià)方法采用地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)及加附注的評(píng)分法[11],具體要求與步驟如下:
1)進(jìn)行各單項(xiàng)組分評(píng)價(jià),劃分組分所屬質(zhì)量類(lèi)別,劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表6。
2)對(duì)各類(lèi)別按下列規(guī)定(表7)分別確定單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi。
3)按公式(1)和公式(2)計(jì)算綜合評(píng)價(jià)分值F。
F=■ (1)
F=■■Fi (2)
式中,F(xiàn)為各單項(xiàng)組分評(píng)分值Fi的平均值;Fmax為單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi中的最大值;n為項(xiàng)數(shù)。
4)根據(jù)F值,按以下規(guī)定(表8)劃分地下水質(zhì)量級(jí)別。
2.7雨水監(jiān)測(cè)計(jì)劃與評(píng)價(jià)
2.7.1采樣方法使用自動(dòng)雨水采樣器采樣。自動(dòng)雨水采樣器是一種能及時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉收集雨水的采樣裝置,包括雨水傳感裝置、雨水采集器的動(dòng)力傳動(dòng)部分。下雨時(shí),雨滴落在傳感器上,使原來(lái)柵條電路斷路的間隔處有雨水浸濕而形成通路,接通電流,使動(dòng)力系統(tǒng)工作,機(jī)械傳動(dòng)使箱蓋打開(kāi),接受雨水;雨停時(shí),傳感器因加熱使柵片面上的水分立即蒸發(fā),柵條間隔又恢復(fù)原來(lái)斷路狀態(tài),機(jī)械傳動(dòng)裝置將箱蓋關(guān)閉,停止采樣。這樣可保證及時(shí)采集到完整的降雨雨水樣品,并可防止不下雨時(shí)雨水樣品或采集器暴露在空氣中受污染。
2.7.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)頻次雨水監(jiān)測(cè)指標(biāo)為pH、SO42-。降雨量大于10 mm的逢雨必測(cè)。
2.7.3監(jiān)測(cè)分析方法監(jiān)測(cè)分析方法見(jiàn)表9。
2.7.4評(píng)價(jià)方法當(dāng)大氣降水的pH明顯小于5.6時(shí),表明已形成酸雨,應(yīng)重點(diǎn)考慮區(qū)域SO2的減排措施。
3結(jié)論
氣田的開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)對(duì)環(huán)境的影響是不可避免的,氣田企業(yè)通過(guò)合理地制定監(jiān)測(cè)計(jì)劃并部署實(shí)施,為氣田運(yùn)營(yíng)期的環(huán)境保護(hù)提供必要的技術(shù)參數(shù),能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)氣田運(yùn)營(yíng)對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響及變化趨勢(shì)。若區(qū)域環(huán)境向劣勢(shì)發(fā)展時(shí),應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)措施,如改進(jìn)栽培措施,選種對(duì)SO2抗性較強(qiáng)的植物等,從而為區(qū)域建立環(huán)境與經(jīng)濟(jì)雙贏的綠色生態(tài)工程體系提供保障,也為環(huán)境管理提供高效可靠的決策支持,實(shí)現(xiàn)氣田的可持續(xù)開(kāi)發(fā)。
參考文獻(xiàn):
[1] 張耀民,吳麗英,王曉霞. 低濃度二氧化硫長(zhǎng)期暴露對(duì)作物生產(chǎn)力的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)研究,1990,3(1):39-43.
[2] 劉榮坤. 二氧化硫?qū)χ参飩捌錂C(jī)理的探討[J]. 遼寧大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1982(增刊1):58-67.
[3] 陳小勇,成海霞. 二氧化硫?qū)πQ豆葉片傷害類(lèi)型的研究[J]. 植物資源與環(huán)境,1994,3(3):49-53.
[4] 陳正,劉常坤. 超聲波萃取菠菜葉中葉綠素的研究[J].化學(xué)與生物工程,2004(6):37-38,56.
[5] 章家恩. 生態(tài)學(xué)常用實(shí)驗(yàn)研究方法與技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.
[6] 寧進(jìn),汪立河. 馬鞍山市蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)[J]. 華夏星火,2004(10):68-70.
[7] 《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》編輯委員會(huì). 空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法[M].第四版. 北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2003.
[8] 姜蓉.氣田勘探開(kāi)發(fā)環(huán)境監(jiān)測(cè)計(jì)劃與評(píng)價(jià)探討[J].生產(chǎn)與環(huán)境,2009,9(3):25-28.
[9] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局. 環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(第四冊(cè))[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1986.
[10] 王德淑,盛敏敏,邢曉梅,等. 銅陵市老洲鄉(xiāng)“菜籃子”種植基地環(huán)境質(zhì)量調(diào)查監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)[J].銅陵職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2007,7(4):67-69.
[11] 余學(xué)林. 石油河水質(zhì)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)[J]. 甘肅水利水電技術(shù),2000,36(2):133-134.