高含硫天然氣田運營期長效生態監測及評價

摘要：高含硫的天然氣田在開發運營過程中會排放出大量的ＳＯ２，且主要是由凈化廠排放，對周圍的生態環境將產生一定的影響。故采取長效生態監測的方式，對工程（主要是凈化廠）周圍的農作物、林草植被、大氣、土壤、地表水、地下水、雨水進行監測，并根據相關標準進行評價探討，以判斷高含硫天然氣田開發運營對周圍生態環境的影響程度，指導人們采取生態恢復或其他應對措施將影響降低到最小。

關鍵詞：高含硫天然氣田；長效生態監測；評價

中圖分類號：X822.4；X835 文獻標識碼：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

隨著我國經濟的高速發展，相應的能源消耗也大幅度增長，并多次出現能源危機。作為一種高效、優質、清潔的能源及重要的化工原料，天然氣開發利用能很好地減緩這一危機，具有很好的經濟前景。但很多天然氣藏卻為高含硫氣藏，這種氣藏具有危險性高且易爆炸的特點，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行脫硫處理后仍會排放出大量的ＳＯ２，對周圍的生態環境產生一定的影響。有關研究表明［１］，大氣中ＳＯ２等污染物對生態環境的影響具有累積效應，除大氣中ＳＯ２濃度達到生態環境的急性傷害閾值時，生態環境會受到急性破壞而易被發現外，其余情況（大氣中ＳＯ２濃度未達到生態環境的急性傷害閾值）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）開發及凈化廠工程影響區域生態系統中的相關指標進行長期的監測，對監測數據進行前后對比和系統的分析，找出變化規律，并與各生態要素的相關標準進行對比，評價生態環境受影響的情況，從而更科學地指導人們采取生態恢復措施或其他控制措施，最大限度地恢復當地的生態環境。

１ 氣田運營期的主要環境污染

氣田開發及凈化廠工程在運營期間會產生一系列的污染源。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、井下作業廢水、生活污水、其他廢水；固體廢物污染，主要為清管雜質、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、動力站燃氣輪機、燃氣鍋爐和火炬產生；廢水污染，主要為工藝裝置生產污水、鍋爐排污、工藝裝置檢修污水、循環系統排污、凈水廠反沖洗水、化驗室污水、廠區生活污水；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，主要為風機、空壓機、ＭＤＥＡ溶液循環泵、涼水塔風機等轉動設備產生的噪聲。在實際運營過程中，項目負責人會采取相應的環保措施對污染源加以控制和處理，但由于ＳＯ２的排放量大，對周圍生態環境的影響也較大，故綜合分析可知，對生態環境可能產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，監測部門應以凈化廠排放的ＳＯ２為重點對區域進行長效生態監測。現就監測計劃和評價進行探討。

２ 生態監測計劃與評價

２．１ 農作物監測計劃與評價

２．１．１ 采樣方法 葉片的采樣方法：在各監測點附近，選擇具有代表性，向陽程度、葉片大小、生長時期、高度相近和葉序相當的農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）。葉片采樣數量需滿足監測所需樣品量。果實的采樣方法：對農作物的子粒進行采樣。

２．１．２ 監測項目及監測頻次 農作物葉片的監測項目主要有ｐＨ、含硫量、葉綠素含量、葉片可見傷害；葉片的監測頻次為根據監測作物的生育期每生長季采樣監測1次。果實的監測項目主要為產量、含硫量；果實的監測頻次為根據監測作物的收獲期每生長季采樣監測1次。

２．１．３ 監測分析方法 監測分析方法見表１。

２．１．４ 評價方法 通過對區域農作物的長期監測，觀察和比較葉片可見傷害、產量有無突變，葉片ｐＨ、含硫量及葉綠素含量是否有大幅度的變化。若通過監測發現作物上述指標出現大幅度的變化，則表明農作物已受到區域ＳＯ２排放的影響，需采取針對性措施。

２．２ 林草植被監測計劃與評價

２．２．１ 采樣方法 采樣時，選擇待測樹種（草本）中長勢中等、向陽程度、葉片大小、生育時期、高度相近和葉序相當的３株成年植株正常生長的當年枝條葉片。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 監測項目及監測頻次 林草植被的監測項目為ｐＨ、含硫量、葉綠素含量、葉片可見傷害。其監測頻次需要結合實際情況確定。若植被監測點與農作物監測點位置相近，則可與農作物一起采集。但考慮到部分植被秋冬季出現落葉現象，故各植被監測點每年采樣2次，分別為每年的５月和１０月。

２．２．３ 監測分析方法 植被葉片ｐＨ、葉綠素和硫含量的監測方法參見農作物葉片相關指標的監測。

２．２．４ 評價方法 通過對氣田區域林草植被的長期監測值的比較，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，表明該地區植被已受到氣田排放ＳＯ２的傷害。

２．３ 土壤監測計劃與評價

２．３．１ 采樣方法

１）土壤混合樣品的采集。現場采樣時應根據地勢地形、土壤差異性大小等來確定采樣方法和組成混合樣的樣點數。

梅花法：適用面積較小，地勢平坦，土壤均勻的田塊。按梅花形?。怠保皞€樣點。

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，樣點數在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，樣點數較多的情況。

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 監測項目及監測頻次 土壤的監測項目主要為ｐＨ、有效硫、有機質、自然水含量、孔隙度等。監測頻次確定為每年測定2次，分別在５月、１０月進行采樣。

２．３．３ 監測分析方法 監測分析方法見表２。

２．３．４ 評價方法 采用單項污染指數評價法［6］。

Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｓｉ

式中，Ｐｉ為污染物ｉ的污染指數；Ｃｉ為土壤污染物的實測濃度；Ｓｉ為污染物ｉ的評價標準濃度。

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 大氣監測計劃與評價

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-實驗室分析技術為基礎。

２．４．２ 監測項目及監測頻次 大氣監測的指標主要為ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＰＭ１０、ＮＯ２。每3個月監測１次，每次監測３ d，ＳＯ２、ＰＭ１０、ＮＯ２ ３個指標為監測日均值，Ｈ２Ｓ為監測小時均值。

２．４．３ 監測分析方法 監測分析方法見表３。

２．４．４ 評價方法 評價監測區大氣環境質量現狀采用單項污染指數法進行評價［8］，其計算公式為：

Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｓｉ

式中，Ｐｉ為污染物ｉ的污染指數；Ｃｉ為污染物ｉ的實測平均濃度最大值；Ｓｉ為污染物ｉ的平均濃度評價標準上限值。當Ｐｉ≤１時表示符合評價標準；Ｐｉ＞１則表示超標。

２．５ 地表水監測計劃與評價

２．５．１ 采樣方法 通常采集瞬時水樣，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，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，可使用帶重錘的采樣器沉入水中采集。以手工采樣、實驗室分析技術為主體。

２．５．２ 監測項目及監測頻次 地表水的監測指標為ｐＨ、ＳＯ４２－、硫化物、ＣＯＤ、氨氮、氯化物、葉綠素a。監測頻次為全年４次，每次監測２ d。

２．５．３ 監測分析方法 監測分析方法見表４。

２．５．４ 評價方法 采用單項污染指數法［10］，其計算公式為：

Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｃｏｉ

式中，Ｐｉ為單項污染指數；Ｃｉ為ｉ污染因子監測濃度；Ｃｏｉ為ｉ污染因子標準濃度。

若Ｐｉ≤１，表示符合評價標準；Ｐｉ＞１，則表示超標。

ｐＨ標準指數為：

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；ＰpＨｊ為ｊ斷面ｐＨ監測值；ＰpＨm為地表水水質標準規定的ｐＨ上限值；ＰpＨn為地表水水質標準規定的ｐＨ下限值。

２．６ 地下水監測計劃與評價

２．６．１ 采樣方法 采集水樣時可利用抽水設備或虹吸管。采樣前應提前數日將監測井中積留的陳舊水抽出，待新水重新補充后再采集水樣，采樣深度應在距地下水水面０．５ ｍ以下，以保證水樣能代表地下水水質。

２．６．２ 監測項目及監測頻次 地下水監測指標為ｐＨ、高錳酸鹽指數、ＳＯ４２－、硫化物、氨氮、硝酸鹽、Ｆｅ、Ｍｎ、六價鉻。每季度采樣１次，全年４次。

２．６．３ 監測分析方法 監測分析方法見表５。

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

１）進行各單項組分評價，劃分組分所屬質量類別，劃分標準見表６。

２）對各類別按下列規定（表７）分別確定單項組分評價分值Ｆｉ。

３）按公式（１）和公式（２）計算綜合評價分值Ｆ。

Ｆ＝■（１）

Ｆ＝■■Ｆｉ（２）

式中，F為各單項組分評分值Ｆｉ的平均值；Ｆｍａｘ為單項組分評價分值Ｆｉ中的最大值；ｎ為項數。

４）根據Ｆ值，按以下規定（表８）劃分地下水質量級別。

２．７ 雨水監測計劃與評價

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自動開啟和關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，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，使動力系統工作，機械傳動使箱蓋打開，接受雨水；雨停時，傳感器因加熱使柵片面上的水分立即蒸發，柵條間隔又恢復原來斷路狀態，機械傳動裝置將箱蓋關閉，停止采樣。這樣可保證及時采集到完整的降雨雨水樣品，并可防止不下雨時雨水樣品或采集器暴露在空氣中受污染。

２．７．２ 監測項目及監測頻次 雨水監測指標為ｐＨ、ＳＯ４２－。降雨量大于１０ ｍｍ的逢雨必測。

２．７．３ 監測分析方法 監測分析方法見表９。

２．７．４ 評價方法 當大氣降水的ｐＨ明顯小于５．６時，表明已形成酸雨，應重點考慮區域ＳＯ２的減排措施。

３ 結論

氣田的開發運營對環境的影響是不可避免的，氣田企業通過合理地制定監測計劃并部署實施，為氣田運營期的環境保護提供必要的技術參數，能夠及時地發現氣田運營對當地生態環境的影響及變化趨勢。若區域環境向劣勢發展時，應根據監測結果采取相應的生態修復措施，如改進栽培措施，選種對ＳＯ２抗性較強的植物等，從而為區域建立環境與經濟雙贏的綠色生態工程體系提供保障，也為環境管理提供高效可靠的決策支持，實現氣田的可持續開發。

參考文獻：

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