Методы очистки почв нефтепродуктов

Современная методика очистки грунта и почвы от нефти и нефтепродуктов

На данный момент рекультивация загрязненных нефтью и нефтепродуктами земель, очистка грунта от нефтепродуктов, а также песка и нефтешлама проводится с использованием целого комплекса мер, который при грамотном формировании целостной технологической цепочки дает превосходные результаты при высокой производительности и относительной дешевизне процесса.

Ниже мы рассмотрим одну из наиболее экономически выгодных на сегодняшний день цепочек оборудования, на основе которой создано уже несколько импортных и как минимум одна отечественная установка переработки твердых нефтешламов (далее УПТН). Эта цепочка не включает в себя трехфазный декантер-центрифугу, методику утилизации нефтешламов с помощью которой мы описывали в этой статье, однако это во многом является преимуществом установок по переработке нефтешламов с высоким содержанием мехпримесей и для очистки грунта от нефтепродуктов, т.к.:

а) декантеры-центрифуги, как правило, могут перерабатывать нефтешламы с содержанием мехпримесей до 15%. Если мехпримесей больше, то нефтешлам необходимо разбавлять водой, что требует дополнительного оборудования и снижает производительность;

б) 3-фазный декантер без обвязки и сопутствующего оборудования производительностью 7-10 м3 в час стоит в России начиная с 250 000 Евро, включая НДС — за эти деньги можно приобрети отечественный комплекс полного цикла, который будет справляться с вышеуказанными задачами на скорости до 15 м3 в час и с показателями очистки лишь незначительно хуже декантера.

Ниже описана типовая цепочка и принципиальная схема оборудования, необходимого для создания УПТН, отвечающего самым современным требованиям и жестким условиям эксплуатации в условиях России и стран СНГ.

Цикл I. Этап I. Подготовка шлама

На первом этапе первого цикла очистка почвы от нефтепродуктов начинает с предварительной подготовки загрязненной почвы (грунта, песка). Подготовка загрязненного материала заключается в загрузке и сортировке крупных включений (например камней) и их удалении. Для этого используют грохот, широко применяемый в горной промышленности.

Затем загрязненный материал перемешивают с подогретой до температуры 20÷80º С водой. Для этого может быть использована фрезерно-струйная мельница ФСМ-7, широко применяемая для приготовления промывочных жидкостей при бурении скважин на нефть и газ. При этом происходит разжижение и размельчение комков загрязненного материала, размельчении мелких остатков древесины и растительности.

Таким образом, происходит сортировка, удаление или размельчение крупных включений, например, камней размером более 100 мм; удаление древесины и растительности, размельчение и разжижение комков загрязненной почвы (грунта, песка), битумных включений. После чего разжиженная масса подвергается сортировке с удалением камней размером более 5 мм. Для этого применяется грохот с расположенной под ним поддоном-воронкой.

Цикл I. Этап II. Отмывка грунта

Далее, на втором этапе цикла очистка почвы от нефти осуществляется за счет процесса интенсивной отмывки частичек почвы (грунта, песка) в высокоскоростном турбулентном потоке горячей воды, при объемном соотношении воды к песку не менее 10:1. Отмывку проводят, например, с помощью последовательно установленных эжектора-смесителя, фитингов замкнутой циркуляционной системы, шламового насоса и гидроциклонов без применения чистящих средств. Воду, как правило, нагревают до температуры 20÷80º С и, при необходимости, добавляют в нее поверхностно-активные вещества (ПАВы).

Цикл I. Этап III. Разделение на фазы

На третьем этапе первого цикла реализуется процесс окончательного разделения жидкой и твердой фазы методом гидроциклонирования (например, с помощью последовательно установленных песко- и илоотделителей). Жидкая фаза, прошедшая через весь цикл, на финальной стадии разделяется на две составляющие – нефтепродукты и воду (например, с помощью специально разработанной для этих целей многофункциональной емкости). Высвобожденная нефть и нефтепродукты не теряют своих потребительских свойств и могут быть использованы в качестве промышленного сырья. При этом по окончании цикла очистки проводится контроль качества очистки твердой фазы.

Загрязненная вода после циклов очистки расслаивается в многофункциональной емкости, где нефть и нефтепродукты скапливаются в верхней части емкости и направляются в приемный бункер для нефти и нефтепродуктов. При этом следует учесть, что цикл промывки является замкнутым — отделенную от нефтешлама воду можно использовать в качестве промывочной, а ее излишки можно доочищать до норм сброса с помощью любого водоочистного оборудования, к примеру, установок серии КЛЮЧ или ПОТОК.

По завершении процесса очистки почвы от нефтепродуктов получают экологически чистый грунт (почва, песок), нефть и нефтепродукты.

Цикл отмывки почвы (грунта, песка) далее может быть повторен в зависимости от требуемой степени очистки почвы (грунта, песка).

Цикл II . Этапы I и II. Доочистка

На первом этапе второго цикла предварительно очищенный песок (еще содержащий органические соединения) отмывается в высокоскоростном турбулентном потоке подогретой воды в гидросмесителе, в фитингах замкнутой циркуляционной системы, шламового насоса и гидроциклонов, при объемном соотношении воды к песку 10:1.

На втором этапе второго цикла при помощи метода гидроциклонирования очищенный песок отделяется от жидкой фазы, которая на финальной стадии разделяется в многофункциональной емкости на воду и нефтепродукты, а также на продукты их распада.

Возможное применение моющего средства только на заключительной стадии очистки грунта от нефтепродуктов позволяет избежать пагубного воздействия на высвобождаемые нефть и нефтепродукты.

Далее предлагаем Вам ознакомиться с принципиальной схемой работы такой установки.

Принципиальная схема

Типичная УПТН работает следующим образом.

На стадии предварительной подготовки очищаемый материал загружают в камневыделитель (1), где происходит сортировка и удаление включений размером более 100 мм. Затем очищаемый материал направляют в мешалку (2), где происходит смешивание с подогретой водой и измельчение крупных включений. Далее очищаемый материал поступает в грохот (3), где происходит отделение камней размером более 5 мм. Весь отсортированный после грохотов материал (крупные камни, древесина, промышленный мусор) собирается в бункер (4). Под грохотом (3) расположена поддон-воронка (5), где собирается освобожденная от камней разжиженная масса. Далее, через шнековый насос (6) разжиженная масса подается в бункер (7) для временного хранения или непосредственно для очистки в бункер (18).

На стадии очистки, одновременно с подачей очищаемой массы в бункер, нагретая вода из многофункциональной емкости (16) с помощью центробежного насоса (15) подается в эжектор-гидросмеситель (14), смешивающий разжиженную массу, поступающую из бункера (18), с горячей водой в турбулентном режиме. На данной стадии происходит процесс отмывки частичек грунта от нефти и нефтепродуктов.

Далее происходит процесс разделения жидкой и твердой фазы. Из эжектора-гидросмесителя (14) очищаемая масса с помощью центробежного шламового насоса (11) подается в гидроциклон-пескоотделитель (9), после чего с помощью центробежного шламового насоса (10) очищаемая масса подается в гидроциклон-илоотделитель (8). Далее, посредством системы желобов, очищенная твердая фаза отправляется на разгрузку.

При повторном цикле очистки твердая фаза посредством системы желобов направляется в бункер (13) для повторной очистки.

Стоит отметить, что существует несколько принципиальных схем работы комплекса, например, только на гидроциклон-пескоотделитель (9) без применения гидроциклона-илоотделителя (8) и центробежного шламового насоса (10) или с их периодическим подключением. Выбор той или иной схемы подключения определяется параметрами загружаемого материала на входе и позволяет настроить УПТН на оптимальный режим работы.

На стадии разделения жидкой фазы отделенная жидкая фаза, смешанная с нефтепродуктами, поступает в многофунциональную емкость (16), где происходит разделение воды от нефтепродуктов. Вода затем возвращается в цикл очистки, а нефтепродукты отгружаются. При этом нефть и нефтепродукты не теряют своих потребительских качеств

Источник

Технологии очистки почв от нефтепродуктов

Исследование и характеристика процесса электрохимической и электрокинетической очистки почв от нефти и нефтепродуктов. Анализ технологии очистки засоренных вредными веществами почв методом фитоэкстракции. Определение необходимости утилизации сорбента.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нефть — это жидкий природный раствор, состоящий из большого числа углеводородов (УВ) разнообразного строения и высокомолекулярных смолисто-асфальтеновых веществ. В нем растворено некоторое количество воды, солей, микроэлементов. Главные элементы: С — 83-87%, Н — 12-14%, N, S, O — 1-2%, реже 3-6% за счет S. Десятые и сотые доли процента нефти составляют многочисленные микроэлементы.

При выходе нефти в окружающую среду вода и почва загрязняются углеводородами, входящими в ее состав. В то же время происходят процессы, приводящие к разложению нефти: распространение, испарение и растворение. Попадание нефти и нефтепродуктов в почву приводит к снижению её биологической продуктивности, а так же снижению продуктивности и угнетению фитомассы растительного покрова.

Мы должны иметь представление о том, что попадая в почву, нефть опускается в грунте вертикально вниз под влиянием гравитационных сил и распространяется вширь под действием поверхностных и капиллярных сил. Скорость продвижения нефти зависит от ее свойств, грунта и соотношения нефти, воздуха и воды в многофазной движущейся системе. Пески и гравийные грунты, например, благоприятны для миграции нефти; илы и глины задерживают её продвижение. В горных породах нефть движется в основном по трещинам. Чем меньше доля нефти, тем труднее ее фильтрация в грунте. При содержании в грунте 10 — 12 % (уровень остаточного насыщения) нефти она становится неподвижной. Движение прекращается также при достижении нефтью уровня грунтовых вод. Но тенденция к распространению нефти, обусловленная капиллярными силами, сохраняется. Нефть начинает перемещаться в направлении уклона поверхности грунтовых вод.

Выбор способов очистки грунтов определяется многими факторами, важнейшими из которых является степень и характер загрязнения земель, природно-климатические особенности района загрязнения и нормативные требования к качеству земель.

1. Классификация технологий и методов

В 2001 году Международным Научным Центром Новых Технологий Организации Объединенных Наций по промышленному развитию при поддержке: Фонда «Национальный Центр Экологического Менеджмента и Чистого Производства для нефтяной и газовой промышленности», Российского экологического федерального информационного агентства и национального информационного агентства «Природные ресурсы», был создан справочник «ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ», где был представлен список уже используемых технологий и технологий которые находятся на стадии развития.

В данном издании было выделено две основные категории технологий:

— первая категория включает методы, используемые для обработки загрязненной почвы, предварительно удаленной с поверхности выделенного участка земли. Применение таких технологий не требует больших затрат на процессы изъятия почвы, ее транспортировки и целесообразного объема транспортируемых материалов. Следует иметь в виду, что изъятие земель может вызвать искажение морфологической структуры обрабатываемого участка и нарушения течения как поверхностных, так и подземных вод. Тем не менее, изоляция и обработка загрязненных материалов вне участка позволяют применять более сложные приемы обработки, которые могут быть более эффективными и быстродействующими, а также более безопасными для грунтовых вод, животного и растительного мира, местных жителей.

— вторая категория включает методы имеющие преимущества вследствие непосредственного применения их на месте загрязнения. Это снижает риск воздействия загрязняющих веществ на человека и окружающую среду во время извлечения, транспортировки и восстановления загрязненных участков почв, что в свою очередь обеспечивает экономию средств. Основным недостатком данных технологий является гетерогенная природа субстрата участков восстановления, как с геологической точки зрения, так и с точки зрения распространения загрязнения. Выбор и применение технологий могут быть сделаны только на основании полученных данных о качестве обрабатываемой поверхности почвы. Кроме того, может потребоваться специализированная очистка загрязненной зоны, а наличие преференциальных потоков воздуха и воды может привести к неадекватной обработке рассматриваемого участка.

При общей оценке технологий в справочнике было представлено 27 зарубежных технологий и 62 технологии России и стран CНГ.

В настоящее время выделяют три основных метода очистки почв от нефти и нефтепродуктов:

1.Физические методы очистки почвы:

a) Электрохимическая очистка. Применяется для удаления из почвы хлорсодержащих углеводородов, различных нефтепродуктов, фенолов. На чем основана работа метода электрохимической очистки? В процессе движения электрического тока сквозь почву осуществляется электролиз воды, электрокоагуляция, реакции электрохимического окисления и электрофлотации. Степень окисления фенола находится в пределах от 70 до 90 процентов.

Качественный уровень обеззараживания почвы при электрохимической очистке приближается к ста процентам (минимальный показатель — 95%). Метод позволяет удалять из почвы также такие вредные элементы как ртуть, свинец, мышьяк, кадмий, цианиды и др. К минусам метода можно отнести достаточно высокую стоимость (100-250$ за 1 мі почвы).

b) Электрокинетическая очистка. Используется для очищения почвы от цианидов, нефти и производных нефти, тяжелых металлов, цианидов, хлористых органических элементов. Типы почв, к которым может успешно применяться электрокинетическая очистка — глинистые и суглинистые, насыщенные влагой частично или полностью.

Технология основана на применении таких процессов как электрофорез и электроосмос. Уровень контроля и воздействия на процессы очищения почвы достаточно высокий. Для использования метода требуется применение химических реактивов или растворов поверхностно-активных веществ.

Эффективность электрокинетической очистки почвы составляет от 80 до 99 процентов. Стоимость несколько ниже чем при электрохимической очистке (100-170$ за 1 мі почвы).

2.Химические методы очистки почвы:

a) Метод промывки. Технологии химической очистки почвы подразумевают использование растворов поверхностно-активных веществ или сильные окислители (активный кислород и хлор, щелочные растворы). В основном метод применяется с целью очистки почвы от нефти. Эффективность при методе промывки составляет до 99%.

После того как почва очищена, можно проводить ее рекультивацию.

Из минусов химических методов очистки почвы можно отметить длительные сроки (1-4 года в среднем) и значительное количество загрязненной воды, которую тоже приходится очищать перед выбросом в окружающую среду.

3.Биологические методы очистки почвы:

a) Фитоэкстракция. Технология очистки засоренных вредными веществами почв методом фитоэкстракции — это выращивание определенных видов растений на загрязненных участках грунта.

Фитоэкстракция демонстрирует хорошие результаты при очистке почвы от медных, цинковых и никелевых соединений, а также кобальта, свинца, марганца, цинка и хрома. Для удаления подавляющего количества указанных элементов из почвы, нужно обеспечить несколько циклов растительных культур. По окончании процесса фитоэкстракции растения следует собрать и сжечь. Полученный после сжигания пепел считается вредными отходами и подлежит утилизации.

b) Фиторемедиация и биостимулирование. Еще один биологический метод — целенаправленное усиление активности специфической микрофлоры почвы, которая занимается разложением нефти. Также, допустимо добавление определенных микробных культур в почву.В результате создаются благоприятные условия для микроорганизмов, которые осуществляют утилизацию нефтепродуктов и нефти.

В почвах с застарелыми нефтяными загрязнениями (>5 лет) или при их повторном загрязнении численность микроорганизмов-нефтедеструкторов повышается в результате протекания естественной автоселекции. Много почвенных нефтедеструкторов содержится в торфе. Для активизации углеводородоокисляющей способности почвенной микрофлоры бывает достаточно провести агротехнические мероприятия, внести в почву различные добавки, выполняющие роль стимуляторов и соокислителей при деградации углеводородов, то есть использовать метод биостимулирования.

При ликвидации свежих нефтяных проливов необходимо использовать метод биоагументации(входит в состав фиторемедиации) — привнесение в загрязненную среду биопрепаратов, содержащих микроорганизмы-нефтедеструкторы, в экстремальных условиях (в кислой среде, при дефиците влаги, дефиците питательных веществ в почве) в качестве деструкторов нефти более эффективны дрожжи и грибы. В результате мицелиального роста грибы проникают между локальными источниками питания, в почвенно-нефтяные агломераты и благодаря своей устойчивости к низкому содержанию влаги и низкому рН активно участвуют на поздних стадиях разложения остатков нефти в очищаемых средах.

Наибольшее количество биопрепаратов требуется для утилизации сырой нефти и мазута, наименьшее — для утилизации жидких парафинов, светлых нефтепродуктов. Перед внесением биопрепарата осуществляют вспашку почвы, внесение мелиорантов и структураторов, стартовой дозы минеральной подкормки. Раствор минеральной подкормки вносят в почву за 2-3 сут. до обработки биопрепаратом. По окончании агромелиоративных работ готовят рабочую суспензию биопрепарата. В препаратах, поставляемых в виде порошков, микроорганизмы находятся в состоянии покоя. Для получения активных клеток необходимо осуществить их мягкий вывод из покоящегося состояния. При проведении очистных работ в полевых условиях для перевода клеток в активное состояние отмеренное количество порошка биопрепарата разводят в воде с добавленными минеральными солями (например, с аммофоской или диаммофоской

Для обработки обширных загрязненных территорий может использоваться сельскохозяйственная авиация. Если предварительная обработка загрязненных участков почв перед внесением биопрепарата невозможна, то тогда используют многократную обработку биопрепаратами с корректировкой рН и внесением удобрений. Активный процесс биодеструкции протекает за 3-10 недель, затем наблюдается медленное снижение содержания углеводородов нефти. На начальных стадиях скорость биодеструкции может быть повышена повторными внесениями препарата (2-3 приема) в рекомендуемых или повышенных дозах.

С помощью методов биостимулирования и использования биопрепаратов можно удалить до 90-98 % нефтезагрязнений в почвенной среде. Оставшиеся углеводороды, смолы, асфальтены, битумы и другие высокомолекулярные соединения устойчивы к биологическому разложению, но инертны и мало опасны для окружающей среды.

2. Технические средства и технологии очистки почв от нефтепродуктов и локализации загрязнения при аварийных разливах нефти

Во время возникновения аварийных ситуаций одной из главных задач является ограничение площади разлива нефти. Разлившуюся нефть отводят в естественные понижения местности, защитные амбары, роют траншеи или оконтуривают земляными дамбами. Эти операции выполняют параллельно с основными работами по ликвидации аварии. Отвод нефти в естественные понижения не всегда возможен и целесообразен из-за отсутствия их или ввиду загрязнения новых площадей по пути движения нефти. Для ограждения разлитой нефти можно применять также различные подручные средства, такие как бревна, камышовые маты и т.д. В некоторых случаях может оказаться целесообразным предотвращать распространение нефти сооружением канав, по которым направляют разлитую нефть в заранее выбранное место. Для этих целей можно использовать пластмассовые желоба, применяемые в гидротехнике и мелиорации для подвода воды. Преимуществом таких желобов является то, что их можно собирать в любых условиях.

Наибольшие трудности возникают при загрязнениях водо-насыщенных, обводненных грунтов и грунтов с высоким уровнем грунтовых вод. Такие грунты, как правило, обладают низкой несущей способностью и оказываются непроходимыми для землеройной техники. Кроме того, при высоком уровне грунтовых вод существенно возрастает опасность загрязнения их нефтью. Сбор нефти с поверхности обводненных грунтов даже при условии сооружения грунтовых дамб также сложен из-за наличия мелкого кустарника, кочек, воды и т.п. В подобных ситуациях наиболее эффективной представляется такая технология как отвод нефти с дневной поверхности за пределы или к границе загрязненного участка и закачка ее в емкость.

При разливах нефти на замерзающей земле и на снегу сооружают снежные дамбы, производят перемешивание нефти со снегом и грузят смесь в емкость, где нефть после таяния снега отделяется от воды.

Для сбора остатков нефти с поверхности суши (после откачки насосами) можно использовать сорбенты, которые наносят на нефтяное пятно. После пропитывания сорбента нефтью его собирают, не нарушая верхнего слоя почвы, и вывозят на специальные пункты, где сорбент утилизируют. нефть фитоэкстракция сорбент

Сорбенты — вещества селективного действия, они должны поглощать нефть и как можно меньше воды. Эти сорбенты должны обладать высокой скоростью поглощения нефти, чтобы не допустить значительного впитывания ее в почву; иметь склонность к образованию смеси с нефтью по всей толщине разлива; легко формироваться в виде матов или рукавов, которые можно свертывать, выжимать и снова использовать; создавать на поверхности земли слои, которые можно легко удалять; не образовывать при перемешивании с нефтью липкого вещества; иметь способность к биологическому разложению или сжиганию, когда удаление их невозможно или представляет значительные трудности.

Сорбенты могут быть натурального и синтетического происхождения. В принципе можно применять любые поглощающие материалы. При этом исходят из доступности сорбента, его стоимости, а также возможности сбора насыщенного нефтью сорбента, его регенерации или сжигания.

Благодаря имеющемуся опыту и собранным данным технологии восстановления загрязненных почв постоянно развиваются. Обобщая имеющийся опыт по проблемам восстановления почв загрязненных нефтью и нефтепродуктами, мы можем комбинировать технологии и создавать оптимальные методики рекультивации для различных регионов с учетом существующего разнообразия почвенно-климатических зон, что имеет большое значение для рационального природопользования. Это позволяет оптимизировать выбор наиболее приемлемых методов, как с экологической, так и экономической точки зрения.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Описание факторов образования каштановых почв: климат, рельеф, вода и выветривание. Морфологическое строение почв, мощность отдельных горизонтов, гранулометрический состав. Степень подверженности эрозионным процессам. Хозяйственное использование почв.

курсовая работа [41,3 K], добавлен 17.10.2011

Состав и свойства отходов бурения. Способы их утилизации. Исследование процесса разделения нефтяного шлама в поле центробежных сил и влияния растворителей и деэмульгаторов на его эффективность. Разработка установки для очистки резервуаров-отстойников.

диссертация [419,9 K], добавлен 25.06.2015

Понятие физики почв как области почвоведения о физических свойствах почв. Представление о физических свойствах и режимах почвы в период эмпирического накопления знаний о почве (ок. 8 тыс. лет до н.э. — XV в.), в эпоху Возрождения (XVI-XVIII вв.).

реферат [42,9 K], добавлен 04.02.2015

Эрозия почв как глобальная проблема человечества. Понятие и виды эрозии почв. Анализ последствий почвенной эрозии и методы борьбы с ними. Результаты эрозийных процессов. Основные принципы проектирования почвозащитных севооборотов для склоновых земель.

курсовая работа [57,6 K], добавлен 24.03.2015

Система автоматизации установки предварительной очистки нефти: структура и взаимодействие элементов, предъявляемые требования, обоснование выбора датчиков и контроллерного средства. Проектирование системы управления установки, расчет надежности.

дипломная работа [480,3 K], добавлен 29.09.2013

Источник