魏巍 李啟彬

摘要：高含硫的天然氣田在開發(fā)運(yùn)營過程中會排放出大量的ＳＯ２，且主要是由凈化廠排放，對周圍的生態(tài)環(huán)境將產(chǎn)生一定的影響。故采取長效生態(tài)監(jiān)測的方式，對工程（主要是凈化廠）周圍的農(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，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)探討，以判斷高含硫天然氣田開發(fā)運(yùn)營對周圍生態(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)對措施將影響降低到最小。

關(guān)鍵詞：高含硫天然氣田；長效生態(tài)監(jiān)測；評價(jià)

中圖分類號：X822.4；X835文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：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

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，相應(yīng)的能源消耗也大幅度增長，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)，這無疑使開采難度加大，而且開采出來的高含硫天然氣在通過凈化廠進(jìn)行脫硫處理后仍會排放出大量的ＳＯ２，對周圍的生態(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，但后期會使植物生理功能紊亂［２，３］。通過對高含硫天然氣（以下簡稱氣田）開發(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)行長期的監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行前后對比和系統(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)行對比，評價(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)營期的主要環(huán)境污染

氣田開發(fā)及凈化廠工程在運(yùn)營期間會產(chǎn)生一系列的污染源。氣田的污染源包括：廢氣污染，主要為無組織泄漏烴類氣體、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)動設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。在實(shí)際運(yùn)營過程中，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人會采取相應(yīng)的環(huán)保措施對污染源加以控制和處理，但由于ＳＯ２的排放量大，對周圍生態(tài)環(huán)境的影響也較大，故綜合分析可知，對生態(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)測部門應(yīng)以凈化廠排放的ＳＯ２為重點(diǎn)對區(qū)域進(jìn)行長效生態(tài)監(jiān)測?，F(xiàn)就監(jiān)測計(jì)劃和評價(jià)進(jìn)行探討。

２生態(tài)監(jiān)測計(jì)劃與評價(jià)

２．１農(nóng)作物監(jiān)測計(jì)劃與評價(jià)

２．１．１采樣方法葉片的采樣方法：在各監(jiān)測點(diǎn)附近，選擇具有代表性，向陽程度、葉片大小、生長時(shí)期、高度相近和葉序相當(dāng)?shù)霓r(nóng)作物正常生長的葉片。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)測所需樣品量。果實(shí)的采樣方法：對農(nóng)作物的子粒進(jìn)行采樣。

２．１．２監(jiān)測項(xiàng)目及監(jiān)測頻次農(nóng)作物葉片的監(jiān)測項(xiàng)目主要有ｐＨ、含硫量、葉綠素含量、葉片可見傷害；葉片的監(jiān)測頻次為根據(jù)監(jiān)測作物的生育期每生長季采樣監(jiān)測1次。果實(shí)的監(jiān)測項(xiàng)目主要為產(chǎn)量、含硫量；果實(shí)的監(jiān)測頻次為根據(jù)監(jiān)測作物的收獲期每生長季采樣監(jiān)測1次。

２．１．３監(jiān)測分析方法監(jiān)測分析方法見表１。

２．１．４評價(jià)方法通過對區(qū)域農(nóng)作物的長期監(jiān)測，觀察和比較葉片可見傷害、產(chǎn)量有無突變，葉片ｐＨ、含硫量及葉綠素含量是否有大幅度的變化。若通過監(jiān)測發(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，需采取針對性措施。

２．２林草植被監(jiān)測計(jì)劃與評價(jià)

２．２．１采樣方法采樣時(shí)，選擇待測樹種（草本）中長勢中等、向陽程度、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ＩL的當(dāng)年枝條葉片。每株分別在東、西、南、北4個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)測項(xiàng)目及監(jiān)測頻次林草植被的監(jiān)測項(xiàng)目為ｐＨ、含硫量、葉綠素含量、葉片可見傷害。其監(jiān)測頻次需要結(jié)合實(shí)際情況確定。若植被監(jiān)測點(diǎn)與農(nóng)作物監(jiān)測點(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)測分析方法植被葉片ｐＨ、葉綠素和硫含量的監(jiān)測方法參見農(nóng)作物葉片相關(guān)指標(biāo)的監(jiān)測。

２．２．４評價(jià)方法通過對氣田區(qū)域林草植被的長期監(jiān)測值的比較，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)測計(jì)劃與評價(jià)

２．３．１采樣方法

１）土壤混合樣品的采集。現(xiàn)場采樣時(shí)應(yīng)根據(jù)地勢地形、土壤差異性大小等來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，地勢平坦，土壤均勻的田塊。按梅花形取５～１０個樣點(diǎn)。

棋盤法：適用中等面積，地勢平坦，地形完整，土壤不夠均勻的田塊，樣點(diǎn)數(shù)在１０個以上。

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)測項(xiàng)目及監(jiān)測頻次土壤的監(jiān)測項(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)測頻次確定為每年測定2次，分別在５月、１０月進(jìn)行采樣。

２．３．３監(jiān)測分析方法監(jiān)測分析方法見表２。

２．３．４評價(jià)方法采用單項(xiàng)污染指數(shù)評價(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)測濃度；Ｓｉ為污染物ｉ的評價(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)測計(jì)劃與評價(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)測項(xiàng)目及監(jiān)測頻次大氣監(jiān)測的指標(biāo)主要為ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＰＭ１０、ＮＯ２。每3個月監(jiān)測１次，每次監(jiān)測３ d，ＳＯ２、ＰＭ１０、ＮＯ２ ３個指標(biāo)為監(jiān)測日均值，Ｈ２Ｓ為監(jiān)測小時(shí)均值。

２．４．３監(jiān)測分析方法監(jiān)測分析方法見表３。

２．４．４評價(jià)方法評價(jià)監(jiān)測區(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)測平均濃度最大值；Ｓｉ為污染物ｉ的平均濃度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上限值。當(dāng)Ｐｉ≤１時(shí)表示符合評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；Ｐｉ＞１則表示超標(biāo)。

２．５地表水監(jiān)測計(jì)劃與評價(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)測項(xiàng)目及監(jiān)測頻次地表水的監(jiān)測指標(biāo)為ｐＨ、ＳＯ４２－、硫化物、ＣＯＤ、氨氮、氯化物、葉綠素a。監(jiān)測頻次為全年４次，每次監(jiān)測２ d。

２．５．３監(jiān)測分析方法監(jiān)測分析方法見表４。

２．５．４評價(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)測濃度；Ｃｏｉ為ｉ污染因子標(biāo)準(zhǔn)濃度。

若Ｐｉ≤１，表示符合評價(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)測計(jì)劃與評價(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)測項(xiàng)目及監(jiān)測頻次地下水監(jiān)測指標(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)測分析方法監(jiān)測分析方法見表５。

２．６．４評價(jià)方法采用地下水質(zhì)量綜合評價(jià)及加附注的評分法［11］，具體要求與步驟如下：

１）進(jìn)行各單項(xiàng)組分評價(jià)，劃分組分所屬質(zhì)量類別，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表６。

２）對各類別按下列規(guī)定（表７）分別確定單項(xiàng)組分評價(jià)分值Ｆｉ。

３）按公式（１）和公式（２）計(jì)算綜合評價(jià)分值Ｆ。

Ｆ＝■ （１）

Ｆ＝■■Ｆｉ （２）

式中，F(xiàn)為各單項(xiàng)組分評分值Ｆｉ的平均值；Ｆｍａｘ為單項(xiàng)組分評價(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)量級別。

２．７雨水監(jiān)測計(jì)劃與評價(jià)

２．７．１采樣方法使用自動雨水采樣器采樣。自動雨水采樣器是一種能及時(shí)自動開啟和關(guān)閉收集雨水的采樣裝置，包括雨水傳感裝置、雨水采集器的動力傳動部分。下雨時(shí)，雨滴落在傳感器上，使原來柵條電路斷路的間隔處有雨水浸濕而形成通路，接通電流，使動力系統(tǒng)工作，機(jī)械傳動使箱蓋打開，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)原來斷路狀態(tài)，機(jī)械傳動裝置將箱蓋關(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)測項(xiàng)目及監(jiān)測頻次雨水監(jiān)測指標(biāo)為ｐＨ、ＳＯ４２－。降雨量大于１０ ｍｍ的逢雨必測。

２．７．３監(jiān)測分析方法監(jiān)測分析方法見表９。

２．７．４評價(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

氣田的開發(fā)運(yùn)營對環(huán)境的影響是不可避免的，氣田企業(yè)通過合理地制定監(jiān)測計(jì)劃并部署實(shí)施，為氣田運(yùn)營期的環(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)營對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響及變化趨勢。若區(qū)域環(huán)境向劣勢發(fā)展時(shí)，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測結(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)開發(fā)。

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