高含硫天然气田运营期长效生态监测及评价

魏巍 李启彬

摘要：高含硫的天然气田在开发运营过程中会排放出大量的ＳＯ２，且主要是由净化厂排放，对周围的生态环境将产生一定的影响。故采取长效生态监测的方式，对工程（主要是净化厂）周围的农作物、林草植被、大气、土壤、地表水、地下水、雨水进行监测，并根据相关标准进行评价探讨，以判断高含硫天然气田开发运营对周围生态环境的影响程度，指导人们采取生态恢复或其他应对措施将影响降低到最小。

关键词：高含硫天然气田；长效生态监测；评价

中图分类号：X822.4；X835文献标识码：A文章编号：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

随着我国经济的高速发展，相应的能源消耗也大幅度增长，并多次出现能源危机。作为一种高效、优质、清洁的能源及重要的化工原料，天然气开发利用能很好地减缓这一危机，具有很好的经济前景。但很多天然气藏却为高含硫气藏，这种气藏具有危险性高且易爆炸的特点，这无疑使开采难度加大，而且开采出来的高含硫天然气在通过净化厂进行脱硫处理后仍会排放出大量的ＳＯ２，对周围的生态环境产生一定的影响。有关研究表明［１］，大气中ＳＯ２等污染物对生态环境的影响具有累积效应，除大气中ＳＯ２浓度达到生态环境的急性伤害阈值时，生态环境会受到急性破坏而易被发现外，其余情况（大气中ＳＯ２浓度未达到生态环境的急性伤害阈值）通常较难察觉，但后期会使植物生理功能紊乱［２，３］。通过对高含硫天然气（以下简称气田）开发及净化厂工程影响区域生态系统中的相关指标进行长期的监测，对监测数据进行前后对比和系统的分析，找出变化规律，并与各生态要素的相关标准进行对比，评价生态环境受影响的情况，从而更科学地指导人们采取生态恢复措施或其他控制措施，最大限度地恢复当地的生态环境。

１气田运营期的主要环境污染

气田开发及净化厂工程在运营期间会产生一系列的污染源。气田的污染源包括：废气污染，主要为无组织泄漏烃类气体、加热炉等燃烧产生的烟气、清管废气；废水污染，主要为天然气凝析水、井下作业废水、生活污水、其他废水；固体废物污染，主要为清管杂质、生活垃圾；噪声污染，主要集中在集气站的水套加热炉和分离器等设备间。净化厂的污染源包括：废气污染，主要为脱水装置、硫磺回收装置、灼烧炉、动力站燃气轮机、燃气锅炉和火炬产生；废水污染，主要为工艺装置生产污水、锅炉排污、工艺装置检修污水、循环系统排污、净水厂反冲洗水、化验室污水、厂区生活污水；固体废物污染，主要为废催化剂和污水处理场排放的污泥；噪声污染，主要为风机、空压机、ＭＤＥＡ溶液循环泵、凉水塔风机等转动设备产生的噪声。在实际运营过程中，项目负责人会采取相应的环保措施对污染源加以控制和处理，但由于ＳＯ２的排放量大，对周围生态环境的影响也较大，故综合分析可知，对生态环境可能产生的影响主要是气田加热炉排放的燃料废气及净化厂的尾气焚烧炉废气中的ＳＯ２，且以净化厂的ＳＯ２排放为主。因此，监测部门应以净化厂排放的ＳＯ２为重点对区域进行长效生态监测。现就监测计划和评价进行探讨。

２生态监测计划与评价

２．１农作物监测计划与评价

２．１．１采样方法叶片的采样方法：在各监测点附近，选择具有代表性，向阳程度、叶片大小、生长时期、高度相近和叶序相当的农作物正常生长的叶片。每次分别采集成熟叶片、嫩叶片和新芽叶片（按叶片序列确定）。叶片采样数量需满足监测所需样品量。果实的采样方法：对农作物的子粒进行采样。

２．１．２监测项目及监测频次农作物叶片的监测项目主要有ｐＨ、含硫量、叶绿素含量、叶片可见伤害；叶片的监测频次为根据监测作物的生育期每生长季采样监测1次。果实的监测项目主要为产量、含硫量；果实的监测频次为根据监测作物的收获期每生长季采样监测1次。

２．１．３监测分析方法监测分析方法见表１。

２．１．４评价方法通过对区域农作物的长期监测，观察和比较叶片可见伤害、产量有无突变，叶片ｐＨ、含硫量及叶绿素含量是否有大幅度的变化。若通过监测发现作物上述指标出现大幅度的变化，则表明农作物已受到区域ＳＯ２排放的影响，需采取针对性措施。

２．２林草植被监测计划与评价

２．２．１采样方法采样时，选择待测树种（草本）中长势中等、向阳程度、叶片大小、生育时期、高度相近和叶序相当的３株成年植株正常生长的当年枝条叶片。每株分别在东、西、南、北4个方向采集中部同一高度的成熟叶片、嫩叶片和新芽叶片（按叶片序列确定）。

２．２．２监测项目及监测频次林草植被的监测项目为ｐＨ、含硫量、叶绿素含量、叶片可见伤害。其监测频次需要结合实际情况确定。若植被监测点与农作物监测点位置相近，则可与农作物一起采集。但考虑到部分植被秋冬季出现落叶现象，故各植被监测点每年采样2次，分别为每年的５月和１０月。

２．２．３监测分析方法植被叶片ｐＨ、叶绿素和硫含量的监测方法参见农作物叶片相关指标的监测。

２．２．４评价方法通过对气田区域林草植被的长期监测值的比较，观察植物叶片ｐＨ、含硫量及叶绿素的值是否有大幅度的变化。若存在上述情况，表明该地区植被已受到气田排放ＳＯ２的伤害。

２．３土壤监测计划与评价

２．３．１采样方法

１）土壤混合样品的采集。现场采样时应根据地势地形、土壤差异性大小等来确定采样方法和组成混合样的样点数。

梅花法：适用面积较小，地势平坦，土壤均匀的田块。按梅花形取５～１０个样点。

棋盘法：适用中等面积，地势平坦，地形完整，土壤不够均匀的田块，样点数在１０个以上。

蛇形法：适用面积较大，地形不太平坦，土壤不够均匀，样点数较多的情况。

２）采样深度。分别于０～１０ ｃｍ、１０～２０ ｃｍ、２０～３０ ｃｍ土层分层取土样。

２．３．２监测项目及监测频次土壤的监测项目主要为ｐＨ、有效硫、有机质、自然水含量、孔隙度等。监测频次确定为每年测定2次，分别在５月、１０月进行采样。

２．３．３监测分析方法监测分析方法见表２。

２．３．４评价方法采用单项污染指数评价法［6］。

Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｓｉ

式中，Ｐｉ为污染物ｉ的污染指数；Ｃｉ为土壤污染物的实测浓度；Ｓｉ为污染物ｉ的评价标准浓度。

Ｐｉ≤１为非污染，１＜Ｐｉ≤２为轻污染，２＜Ｐｉ≤３为中等污染，Ｐｉ≥３为重污染。

２．４大气监测计划与评价

２．４．１采样方法采集空气样品的方法可归纳为直接采样法和富集（浓缩）采样法，以被动式吸收采样-实验室分析技术为基础。

２．４．２监测项目及监测频次大气监测的指标主要为ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＰＭ１０、ＮＯ２。每3个月监测１次，每次监测３ d，ＳＯ２、ＰＭ１０、ＮＯ２ ３个指标为监测日均值，Ｈ２Ｓ为监测小时均值。

２．４．３监测分析方法监测分析方法见表３。

２．４．４评价方法评价监测区大气环境质量现状采用单项污染指数法进行评价［8］，其计算公式为：

Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｓｉ

式中，Ｐｉ为污染物ｉ的污染指数；Ｃｉ为污染物ｉ的实测平均浓度最大值；Ｓｉ为污染物ｉ的平均浓度评价标准上限值。当Ｐｉ≤１时表示符合评价标准；Ｐｉ＞１则表示超标。

２．５地表水监测计划与评价

２．５．１采样方法通常采集瞬时水样，采样器常用聚乙烯塑料桶、单层采水器、直立式采水器和自动采水器。采集表层水时，可用桶、瓶等沉至水面下０．３～０．５ ｍ处直接采取。采集深层水时，可使用带重锤的采样器沉入水中采集。以手工采样、实验室分析技术为主体。

２．５．２监测项目及监测频次地表水的监测指标为ｐＨ、ＳＯ４２－、硫化物、ＣＯＤ、氨氮、氯化物、叶绿素a。监测频次为全年４次，每次监测２ d。

２．５．３监测分析方法监测分析方法见表４。

２．５．４评价方法采用单项污染指数法［10］，其计算公式为：

Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｃｏｉ

式中，Ｐｉ为单项污染指数；Ｃｉ为ｉ污染因子监测浓度；Ｃｏｉ为ｉ污染因子标准浓度。

若Ｐｉ≤１，表示符合评价标准；Ｐｉ＞１，则表示超标。

ｐＨ标准指数为：

ＳｐＨ，ｊ＝■（ＰpＨ ｊ＞７．０）

ＳｐＨ，ｊ＝■（ＰpＨ ｊ≤７．０）

式中，ＳｐＨ，ｊ为ｊ断面ｐＨ污染指数；ＰpＨｊ为ｊ断面ｐＨ监测值；ＰpＨm为地表水水质标准规定的ｐＨ上限值；ＰpＨn为地表水水质标准规定的ｐＨ下限值。

２．６地下水监测计划与评价

２．６．１采样方法采集水样时可利用抽水设备或虹吸管。采样前应提前数日将监测井中积留的陈旧水抽出，待新水重新补充后再采集水样，采样深度应在距地下水水面０．５ ｍ以下，以保证水样能代表地下水水质。

２．６．２监测项目及监测频次地下水监测指标为ｐＨ、高锰酸盐指数、ＳＯ４２－、硫化物、氨氮、硝酸盐、Ｆｅ、Ｍｎ、六价铬。每季度采样１次，全年４次。

２．６．３监测分析方法监测分析方法见表５。

２．６．４评价方法采用地下水质量综合评价及加附注的评分法［11］，具体要求与步骤如下：

１）进行各单项组分评价，划分组分所属质量类别，划分标准见表６。

２）对各类别按下列规定（表７）分别确定单项组分评价分值Ｆｉ。

３）按公式（１）和公式（２）计算综合评价分值Ｆ。

Ｆ＝■ （１）

Ｆ＝■■Ｆｉ （２）

式中，F为各单项组分评分值Ｆｉ的平均值；Ｆｍａｘ为单项组分评价分值Ｆｉ中的最大值；ｎ为项数。

４）根据Ｆ值，按以下规定（表８）划分地下水质量级别。

２．７雨水监测计划与评价

２．７．１采样方法使用自动雨水采样器采样。自动雨水采样器是一种能及时自动开启和关闭收集雨水的采样装置，包括雨水传感装置、雨水采集器的动力传动部分。下雨时，雨滴落在传感器上，使原来栅条电路断路的间隔处有雨水浸湿而形成通路，接通电流，使动力系统工作，机械传动使箱盖打开，接受雨水；雨停时，传感器因加热使栅片面上的水分立即蒸发，栅条间隔又恢复原来断路状态，机械传动装置将箱盖关闭，停止采样。这样可保证及时采集到完整的降雨雨水样品，并可防止不下雨时雨水样品或采集器暴露在空气中受污染。

２．７．２监测项目及监测频次雨水监测指标为ｐＨ、ＳＯ４２－。降雨量大于１０ ｍｍ的逢雨必测。

２．７．３监测分析方法监测分析方法见表９。

２．７．４评价方法当大气降水的ｐＨ明显小于５．６时，表明已形成酸雨，应重点考虑区域ＳＯ２的减排措施。

３结论

气田的开发运营对环境的影响是不可避免的，气田企业通过合理地制定监测计划并部署实施，为气田运营期的环境保护提供必要的技术参数，能够及时地发现气田运营对当地生态环境的影响及变化趋势。若区域环境向劣势发展时，应根据监测结果采取相应的生态修复措施，如改进栽培措施，选种对ＳＯ２抗性较强的植物等，从而为区域建立环境与经济双赢的绿色生态工程体系提供保障，也为环境管理提供高效可靠的决策支持，实现气田的可持续开发。

参考文献：

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