Доочистка нефти из извлеченной рудноразрушаемых нефтеотходов

Проблема переработки нефтегрунтов и нефтешламов в нефтедобывающей и в нефтеперерабатывающей промышленности до сих пор полностью не решена. Это связано с высокой устойчивостью амбарных эмульсий, особенностями их состава и свойств, постоянно изменяющихся под воздействием атмосферы и раз- личных процессов, протекающих в них.

С течением времени происходит «старение» эмульсий за счет испарения легких фракций, окисления и осмоления нефти, перехода асфальтенов и смол в другое качество, образования коллоидно-мицеллярных конгломератов, попадания дополнительных механических примесей неорганического происхождения.Устойчивость к разрушению таких сложных систем многократно возрастает, а обработка и утилизация их представляют одну из труднейших задач.

Нефтепродукты нельзя сжигать (термический метод обезвреживания отходов), закапывать (прятать от человеческих глаз, под видом строительства дорог) и уничтожать (провести сразу обработку микроорганизмами, только, когда необходимо качество очистки замазученного грунта довести до ПДК).

Нефть должна быть отделена таким образом от грунта, чтобы полученная нефть могла быть использована по прямому назначению, как энергетические ресурсы. Изначально необходимо получить нефть, потом мазут, далее добавка к мазуту. Все эти вещества вполне пригодны как энергетические ресурсы, особенно во время истощения запасов возобновляемых источников энергии и ее нарастающей потребности.

1.3 Биологические методы очистки  почв и нефтешламов

Биологические методы основаны на биологическом  разложении и разрушении углеводородов. Большинство методов предусматривает создание оптимальных условий для микроорганизмов, для которых почва является естественной средой обитания.За последние годы наибольшее развитие получили именно биологические методыочистки грунтов и почв, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с другими методами – это экологическая чистота и безопасность, минимальное нарушение физического и химического состава очищаемых объектов, а большинство технологий  биологической очистки являются дешевыми и нетрудоемкими [12].

Их эффективность очень высока при малых концентрациях нефтепродуктов, когда большинство других методов уже не работает. При этом чаще всего используются для удаления углеводородных, органических загрязнителей, азотных и фосфорных соединений.В свою очередь биологические методы разделяются на:

• Методы микробиодеградации загрязнителей.
• Методы биопоглощения и перераспределения загрязнений.

В настоящее время в мире существует обширная практика очистки почвы и подземных вод от нефтепродуктовых загрязнений. Для ликвидации нефтепродуктовых загрязнений в настоящее время широко используются такие методы, как испарение загрязнителя в почве, биологическая очистка, складирование почвы с последующей самоочисткой, экскавация загрязненного грунта с последующим захоронением или термической обработкой. Из всех технологий ликвидации последствий нефтепродуктового загрязнения почв нефтепродуктами, наиболее щадящей к окружающей среде является биоочистка на месте загрязнения. Ее преимуществом является относительная простота технологической реализации установки и эксплуатации, а также относительно невысокие финансовые затраты. Она широко используется во многих странах уже в течении 29 лет, успешно применяется при очистке почв от бензина, дизельного топлива и других нефтепродуктов.Биологическая очистка представляет собой внесение в почву бактерий, способных разлагать нефтепродукт и вырабатывающих вещества, способствующих его быстрому смыванию (биогенных ПАВ); веществ, необходимых для их роста, а также другие мероприятия для создания для них наиболее благоприятных условий.

Принцип организации системы биологической очистки грунта на месте загрязнения (insitu) представлена на рисунке 5.В настоящее время в процессе биоочистки используются преимущественно аэробные бактерии. Исследованиями показана их способность активно разлагать углеводороды, определены требования к условиям, наиболее благоприятствующим из росту. Их метаболизм подробно изучен и показано, что продукты переработки микроорганизмами нефтепродуктов не опасны для человека и окружающей среды.На стадии планирования и осуществления проекта биоочистки для оценки времени очистки (а значит, и стоимости работ), а также выбора оптимальных параметров всего технологического процесса, целесообразными представляются прогнозы хода очистки на всех ее стадиях.

Методы микробиодеградации основаны на деструкции загрязнителей различными видами микроорганизмов. Эффект достигается за счет активизации аборигенной микрофлоры или внесения в грунт определения культур микроорганизмов, а также всевозможных комплексных  препаратов.

Методы внесения культур микроорганизмов применяются в тех случаях, когда необходимая аборигенная микрофлора отсутствует. Они могут применяться при большихили аварийных загрязнениях, в сложных условиях, при отсутствии  развитого естественного биоценоза. Преимуществом этих методов является их селективность и возможность выведения питолемов микроорганизмов, разрушающих сложные токсичные соединения [13].

Методы биопоглощения(фитомелиорации) загрязнителей основаны на способности различных организмов, прежде всего растений, поглощать всевозможные токсичные компоненты из почв и грунтов, накапливать их в своих тканях и тем самым очищать почву. Недостатком метода биопоглощения является необходимость последующей утилизации загрязнителей, накопившихся в растениях, в тех или иных биопоглотителях. Методы биопоглощения загрязнителей весьма многочисленны и обладают рядом преимуществ перед другими способами, в частности селективностью.

В свою очередь выделяют 4 основных метода очистки загрязнений с помощью растений [14,15]:

-Фитостабилизация – представляет собой накопление или иммобилизацию растением загрязняющих веществ из почвы или грунтовых вод. При этом возможны различные механизмы процессов – абсорбция полютантов корнями и накопление их в растении, абсорбция полютантов при корневой зоне ризосферических осаждение там. Он особенно эффективен при удалении из почвы тяжелых металлов.

- Фитодеградация – “внутреннее разрушение углеводородов растением – после поглощения разложения их в ходе метаболических процессов, либо “внешнее” когда нефтепродукты разлагаются под действием корневых выделений.

- Фитоиспарение – способность поглощать нефть или нефтепродукты в процессе поддержания своего водного баланса, то есть вместе с водой «выкачивать» из  почвы загрязняющее вещество.

Более эффективным является очистка, когда растение совмещает способность к фитоиспарению и фитодеградации, тогда в воздух выводятся только безопасные продукты разложения нефтепродуктов. На основе этих методов разработаны различные технологии по очистке загрязненных почв. Из них наибольшее рапространение получили технологии основанные на физико-химических и биологических методах. Технология восстановления нефтезагрязненных почв включает в себя три основных этапа очистки [16].

На первом этапе очистка проводится с использованием механических методов очистки нефти и нефтепродуктов. К ним относят обваловку загрязнения, откачку нефти в емкости. Удаление нефти с поверхности почвы проводится с помощью специальных насосов. Сгребание загрязненного слоя осуществляется бульдозерами, экскаваторами, автомашинами или тракторами.

На втором этапе применяются физико-химические, биологические методы: промывка почвы, электрохимическая очистка, применение гуминовых кислот, микроорганизмов и биотехнологии. Применение этих методов способствует росту численности и активности микроорганизмов, участвующих в разложении углеводородов нефти и биодеградации углеводородов до полного исчезновения компонентов нефти.

На третьем этапе очищенную почву возвращают на исходное место и применяют агротехнические приемы: рыхление, внесение минеральных удобрении и посев трав. При использовании рыхления создается оптимальный газо-воздушный и тепловой режим, растет численность микроорганизмов и их активность. Внесение минеральных удобрении, а также посев в почву трав способствует ускорению разложения углеводородов нефти.Сам процесс технологии подразделяются на две категории.

Технологии exsituиспользуются для обработки загрязненной почвы, предварительно удаленной с поверхности выделенного участка земли. Применение таких технологий требует низкой стоимости процессов экскавации почвы, ее транспортировки и целесообразного объема транспортируемых материалов.  Следует иметь в виду, что экскавация грунта может вызвать искажение морфологической структуры обрабатываемого участка и нарушения течения как поверхностных, так и подземных вод. Кроме того, во время транспортировки загрязненного материалов персонал, вовлеченный в работу, может быть подвержен воздействию загрязняющих веществ. Изоляция и обработка загрязненных почв вне участка позволяет применять более сложные приемы обработки, которые могут быть более эффективными и быстродействующими [17].

Технологии insituимеют преимущества вследствие непосредственного применения их на месте загрязнения. Это снижает риск воздействия загрязняющих веществ на людей и окружающую среду во время извлечения, транспортировки и восстановления загрязненных участков почв, что в свою очередь обеспечивает экономию средств. Основным недостатком данной технологий является гетерогенная природа субстрата участков восстановления, как с геологической точки зрения, так и с точки зрения распространения загрязнения. При неблагоприятных окружающих условиях могут также возникнуть сложности по отношению к устойчивым загрязняющим веществам.

Физико-химические методы exsituи insitu (ликвидация разливов нефти и нефтепродуктов с сорбентом «Сорбойл», «Биосорб», рекультивация почв с помощью комплекса агротехнических мероприятий, очистка с помощью гидрофобного органоминерального нефтяного сорбента, установка сжигания нефтесодержащих отходов и промывка почвы) заключаются в поглощении нефтепродуктов сорбентом представляющий собой композиционный материал на основе тонкодисперсных резиновых порошков, в применении биосорбентов содержащего необходимое количество штаммов бактерии, применение углеродной смеси высокой реакционной способности, внесении гипса или специально подобранных адсорбентов, внесение в почву гидрофобного нефтяного сорбента [18].

Преимущества.Обладание высокой сорбцией по отношению к сырой нефти, каскадный принцип действия препаратов, экологическая чистота, высокая поглотительная способность, широкий диапазон рабочих температур, стабилизация основных агрохимических свойств почвы, использование нефтяного сорбента в качестве высококалорийного топлива, возможность применения для сбора неизвестных по химическому составу загрязняющих нефтепродуктов без проведения анализов в разнообразных климатических условиях, снижение газовых выбросов на установке, не происходит образования оксидов азота, повторное использование биоПАВ.

Недостатки. Высокая стоимость адсорбентов, трудоемкость.

Биологическая очистка (использование биопрепарата «Деворойл», рекультивация почв с помощью препаратов «Сойлекс», «Олеоворин», «Микромицет», «Микрозим», «Дестройл», стимулирование аборигенной микрофлоры почв, биоремидиация почв с помощью препарата «Родер», использование биореактораинжекторного типа, поэтапная рекультивация почв) заключается в внесении в вспаханную почву биопрепаратов на основе активной ассоциации микроорганизмов-деструкторов нефти и нефтепродуктов, штаммов микроскопических почвенных грибов в сочетании минеральных солей и микроэлементов [19].

Описание: Препарат «Деворойл»активен в диапазоне температур от  +5 до +37°С на поверхности нефтяной пленки и в толще нефтяного слоя, адаптирован к средам соленостью до 150 г/л и непатогенен. Продукты биодеструкции нефти и нефтепродуктов нейтральны и не оказывают отрицательного воздействия на экосистемы.

Поставляется в виде порошка или гранул расфасованных в крафтмешки по 15 кг, расходуется по 5-8 кг на 1 т площадного разлива нефти (соответствует 1 га предварительно механически зачищенного участка загрязненной почвы или водной поверхности).Действие препарата возрастает при применении совместно с ним минеральных удобрений, содержащих азот и фосфор (на 1 кг препарата требуется 2-3 кг удобрений).

Преимущества: Универсален для всех видов нефти и нефтепродуктов.

Недостатки:Не оказывает действия при температурах ниже +5 0С.  Хотя следует отметить, что при отрицательных температурах микроорганизмы, входящие в состав препарата, не погибают, а восстанавливают свою активность приповышении температуры. Дороговизна.

Описание:Препарат-биодеструкторМикрозим(tm) Петро Трит содержит 12 уникальных видов УОМ, имеющих высокую нефтеокисляющую способность, то есть эффективно использующих углеводороды нефти в качестве основного источника энергии жизнедеятельности. В биопрепарат также входит органическая подкормка и минеральные соли в оптимальном для бездефицитного питания бактериальных клеток соотношении.

Как показывают исследования, применяемая в препарате-биодеструктореконсорция УОМ при благоприятных условиях (влажность, положительная температура) сохраняет жизнеспособность и усваивает нефтяной загрязнитель, пока его концентрация в почве или воде не понизится на 97-99%.

Норма расхода препарата-биодеструктораМикрозим(tm) Петро Трит составляет 6 килограммов (4+1+1) на 1 тонну нефтесодержащего сорбента плюс 2,5 килограмма органической подкормки [20]. В сорбент вносят подкормку, затем – водный раствор.Процесс утилизации эффективно протекает при температурах окружающего воздуха от +10°C до + 45°С, влажности отхода 50-70%, pH 5-9, соотношении N:P как 20:5. до 5:1.Обработку почвы препаратом проводят в 2-3 этапа за один теплый сезон.