ОЦІНКА ВПЛИВУ КОЛИВАНЬ РІВНЯ ҐРУНТОВИХ ВОД НА ТРАНСФОРМАЦІЮ НАФТОПРОДУКТОВОГО ЗАБРУДНЕННЯ ПІДЗЕМНОГО СЕРЕДОВИЩА

О.М. Шпак; Р.Б. Гаврилюк; О.І. Логвиненко; І.М. Запольський

doi:10.30836/igs.1025-6814.2023.2.273586

Автор(и)

О.М. Шпак Інститут геологічних наук НАН України, Україна
Р.Б. Гаврилюк Інститут геологічних наук НАН України, Україна
О.І. Логвиненко Інститут геологічних наук НАН України, Україна
І.М. Запольський Інститут геологічних наук НАН України, Україна

DOI:

https://doi.org/10.30836/igs.1025-6814.2023.2.273586

Ключові слова:

підземне середовище, нафтопродукти, трансформація забруднення, коливання рівня ґрунтових вод

Анотація

Розглянуто актуальну проблему забруднення підземного середовища нафтопродуктами та його трансформації під впливом коливань рівнів ґрунтових вод. Проаналізовано світовий досвід дослідження впливу коливань рівнів ґрунтових вод на трансформацію нафтопродуктового забруднення, зокрема процеси перерозподілу мобільних нафтопродуктів, розчинення, випаровування та біодеградації вуглеводневих сполук, а також на різницю між дійсною потужністю шару мобільних нафтопродуктів у пористому середовищі та уявною потужністю нафтопродуктів у спостережній свердловині, що має важливе значення при плануванні ремедіаційних заходів.

Досліджено вплив коливань рівнів ґрунтових вод на трансформацію осередку нафтопродуктового забруднення підземного середовища на ділянці складу паливно-мастильних матеріалів аеропорту «Бориспіль». В результаті коливань рівня ґрунтових вод відбувались «розмазування» гасу в зоні аерації, що призвело до збільшення зони забруднення ґрунтів у вертикальному розрізі. Багаторічна амплітуда коливань рівня ґрунтових вод становить 2,4 м, зона забруднення ґрунтів нафтопродуктами також знаходиться в цих межах. Найбільша площа забруднення ґрунтових вод розчиненими нафтопродуктами спостерігалась при найнижчих рівнях ґрунтових вод. Найвищі концентрації розчинених нафтопродуктів (75,98 мг/дм³) зафіксовані в районі лінзи гасу. Поза лінзою гасу площинне поширення забруднення ґрунтових вод є обмеженим. Аналіз даних моніторингу свідчить про те, що на даний час забруднення підземного середовища нафтопродуктами на ділянці складу паливно-мастильних матеріалів аеропорту «Бориспіль» локалізовано, подальше його поширення не прогнозується. Рекомендовано проводити моніторинг процесів природного ослаблення осередку нафтопродуктового забруднення.

Посилання

Alazaiza M.Y.D., Ramli M.H., Copty N.K., Sheng T.J., Aburas M.M. 2020. LNAPL saturation distribution under the influence of water table fluctuations using simplified image analysis method. Bull. Eng. Geol. Environ, 79: 1543–1554. https://doi.org/10.1007/s10064-019-01655-3

Atteia O., Palmier C., Schafer G. 2019. On the influence of groundwater table fluctuations on oil thickness in a well related to an LNAPL contaminated aquifer. Journal of Contaminant Hydrology, 223: 103476. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169772219300014

Bricks A.L., Havryliuk R.B. 2015. Transformation of light petroleum product accumulations contaminating the geological environment. Bulletin of Karazin Kharkiv National University. Series: “Geology, geography, ecology”, 1157: 116–123 (in Ukrainian).

Bruckberger M.C., Gleeson D.B., Bastow T.P., Morgan M.J., Walsh T., Rayner J.L., Davis G.B., Puzon G.J. 2021. Unravelling Microbial Communities Associated with Different Light Non-Aqueous Phase Liquid Types Undergoing Natural Source Zone Depletion Processes at a Legacy Petroleum Site. Water, 13(7): 898.

Cavelan A., Golfier F., Colombano S., Davarzani H., Deparis J., Faure P. 2021. A critical review of the influence of groundwater level fluctuations and temperature on LNAPL contaminations in the context of climate change. Science of the Total Environment, 806: 150412. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150412

Cavelan A., Golfier F., Colombano S., Oltean C. 2022. How climate change could affect our contaminated soils and groundwater tables: example of light petroleum contaminants (LNAPLs). https://www.researchgate.net/publication/365225085_How_climate_change_could_affect_our_contaminated_soils_and_groundwater_tables_example_of_light_petroleum_contaminants_LNAPLs

Charbeneau R. 2007. LNAPL Distribution and Recovery Model. Volume 1: Distribution and Recovery of Petroleum Hydrocarbon Liquids in Porous Media. API Publication, 4760. https://www.api.org/-/media/files/ehs/clean_water/ground_water_quality/lnapl/4760-v1.pdf

Deska I., Ociepa E. 2013. Impact of the water table fluctuations on the apparent thickness of light non-aqueous phase liquids. Ecol. Chem. Eng. A. 20 (7–8): 771–778. https://doi.org/10.2428/ecea.2013.20(07)070

Dobson R., Schroth M.H., Zeyer J. 2007. Effect of water-table fluctuation on dissolution and biodegradation of a multicomponent, light nonaqueous-phase liquid. Journal of Contaminant Hydrology, 94, 3–4: 235–248.

Garg S., Newell C.J., Kulkarni P.R., King D.C., Adamson D.T., Renno M.I., Sale T. 2017. Overview of natural source zone depletion: Processes, controlling factors, and composition change. Groundwater monitoring & remediation, 37:62–81. https://doi.org/10.1111/gwmr.12219

Gatsios E., Garcia-Rincon J., Rayner J.L., Mc Laughlan R.G., Davis G.B. 2018. LNAPL transmissivity as a remediation metric in complex sites under water table fluctuations. Journal of Environmental Management, 215: 40–48. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.03.026

Guo Y., Holton C., Luo H., Dahlen P., Johnson P.C. 2019. Influence of Fluctuating Groundwater Table on Volatile Organic Chemical Emission Flux at a Dissolved Chlorinated‐Solvent Plume Site. Groundwater Monitoring & Remediation, 39: 43–52.

Gupta G.P.K., Yadav B., Yadav B.K. 2019. Assessment of LNAPL in subsurface under fluctuating groundwater table using 2D sand tank experiments. Journal of Environmental Engineering, 145: 04019048. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001560 https://www.rockware.com/product/rockworks/

Ismail R., Shafieiyoun S., Al-Raoush R.I. 2020. Influence of water table fluctuation on natural source zone depletion in hydrocarbon contaminated subsurface environments, in: Proceedings of the International Conference on Civil Infrastructure and Construction (CIC 684 2020). Presented at the The International Conference on Civil Infrastructure and Construction, Qatar University Press. 654–658. https://doi.org/10.29117/cic.2020.0084

Kechavarzi C., Soga K., Illangasekare T.H. 2005. Two-dimensional laboratory simulation of LNAPL infiltration and redistribution in the vadose zone. Journal of Contaminant Hydrology, 76: 211–233. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2004.09.001

Lenhard R.J. Rayner J.L., Davis G.B. 2017. A practical tool for estimating subsurface LNAPL distributions and transmissivity using current and historical fluid levels in groundwater wells: Effects of entrapped and residual LNAPL. Journal of Contaminant Hydrology, 205: 1–11. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2017.06.002

Lenhard R.J., Rayner J.L., Garcia-Rincon J. 2019. Testing an analytical model for predicting subsurface LNAPL distributions from current and historic fluid levels in Monitoring Wells: A preliminary test considering hysteresis. Water, 11: 2404.

McAlexander B., Sihota N. 2019. Influence of Ambient Temperature, Precipitation, and Groundwater Level on Natural Source Zone Depletion Rates at a Large Semiarid LNAPL Site. Groundwater Monitoring & Remediation, 39: 54–65. https://doi.org/10.1111/gwmr.12309

Newell C.J. 1995. Light Nonaqueous Phase Liquids. United States Environmental Protection Agency, Office of Research and Development, [and] Office of Solid Waste and Emergency Response.

Paramonova N.K., Golub G.I., Zapolsky I.N., Logvinenko O.I. 2017b. Laboratory studies of the influence of groundwater table fluctuations on the state and content of light petroleum products in the subsurface. Article. 2. Experience with the initial lowering of the water pressure after the formation of a layer with mobile kerosene. Geologičnij žurnal, 4 (361): 77–87 (in Russian).

Paramonova N.K., Golub G.I., Zapolsky I.N., Logvinenko O.I., Negoda Yu.O. 2016. The influence of groundwater table fluctuations on the formation of residual and entrapped light petroleum products. Geologičnij žurnal, 1 (354): 112–124 (in Russian).

Paramonova N.K., Golub G.I., Zapolsky I.N., Logvinenko O.I. 2017а. Laboratory studies of the influence of groundwater table fluctuations on the state and content of light petroleum products in the subsurface. Article. 1. Conducting an experiment with the initial rise in the groundwater level after the formation of a layer with a light oil product. Geologičnij žurnal, 3 (360): 42–54 (in Russian).

Patterson B.M., Davis G.B. 2009. Quantification of vapor intrusion pathways into a slab-on-ground building under varying environmental conditions. Environmental science & technology, 43: 650–656.

Qi S., Luo J., O’Connor D., Cao X., Hou D. 2020. Influence of groundwater table fluctuation on the non-equilibrium transport of volatile organic contaminants in the vadose zone. Journal of Hydrology, 580: 124353. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124353

Rainwater K., Mayfield M.P., Heintz C., Claborn B.J. 1993. Enhanced in situ Biodegradation of Diesel Fuel by Cyclic Vertical Water Table Movement: Preliminary Studies. Water Environment Research, 65: 717–725.

Rezanezhad F., Couture R.M., Kovac R., O’Connell D., Van Cappellen P. 2014. Water table fluctuations and soil biogeochemistry: An experimental approach using an automated soil column system. Journal of Hydrology, 509:245–256. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.11.036

Rivett M., Sweeney R. 2019. An introduction to natural source zone depletion at LNAPL sites (technical bulletin). University of Strathclyde, Glasgow.

Scientific foundations of elimination of pollution of the geological environment by light petroleum products. 2020. Report on research work, State registration number 0115U005445. Kyiv: IGS of NAN of Ukraine (in Ukrainian).

Shevchenko A.L., Osadchiy V.I., Charny D.V. 2019. Changes in the regime, balance and resources of groundwater of Polissya and the forest-steppe zone of Ukraine under the influence of global warming. Academic Notes of Brest Universitetay. 2019, iss. 15, part 2: 117–128 (in Russian).

Shevchenko O.L., Skorbun A.D., Charny D.V. 2021. Subordination of groundwater level fluctuations in the Southern Bug river basin to climatic changes. Bulletin of Odessa National University. Series: Geographical and geological sciences, 26, 2 (39): 175–194. https://doi.org/10.18524/2303-9914.2021.2(39).246202 (in Ukrainian).

Shpak E.N., Logvinenko O.I. 2019. Research of natural remediation of the subsurface contaminated with petroleum products. Mineral resources of Ukraine, 3: 49–51 (in Russian).

Shpak O.M., Havrilyuk R.B., Logvinenko O.I. 2022. Efficiency assessment of remediation actions in the site of subsurface contamination with petroleum products within the fuel and lubricants warehouse of Boryspil airport. Bulletin of the Kyiv National University. Ser. Geology, 1 (96): 76–82 (in Ukrainian).

Sookhak Lari K., Davis G.B., Rayner J.L., Bastow T.P., Puzon G.J. 2019. Natural source zone depletion of LNAPL: A critical review supporting modelling approaches. Water research, 157: 630–646.

Teramoto E.H., Chang H.K. 2017. Field data and numerical simulation of btex concentration trends under water table fluctuations: Example of a jet fuel-contaminated site in Brazil. Journal of Contaminant Hydrology, 198: 37–47. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2017.01.002

USEPA. 1996. How to effectively recover free product at leaking underground storage tank sites: A guide for state regulators. EPA 510-R-96-001.

Van de Ven C.J., Scully K.H., Frame M.A., Sihota N.J., Mayer K.U. 2021. Impacts of water table fluctuations on actual and perceived natural source zone depletion rates. Journal of Contaminant Hydrology, 238: 103771.

Zhou A., Zhang Y., Dong T., Lin X., Su X. 2015. Response of the microbial community to seasonal groundwater level fluctuations in petroleum hydrocarbon-contaminated groundwater. Environ Sci. Pollut Res., 22: 10094–10106.