Методы очистки нефтезагрязнений

Методы очистки нефтезагрязнений почв и сточных вод

 

 

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение  
высшего профессионального образования 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

 

 

Кафедра

 

Кафедра общей и физической химии

 

РЕФЕРАТ

 

Химия нефти и газа

«Методы очистки нефтезагрязнений»

 

 

 

 

 

Выполнил:	ст. гр. ТНГ-10-2				/Камалян Р.Г./
			(подпись)		(Ф.И.О.)
Проверил:	доцент				/Григорьева Л.В../
			(подпись)		(Ф.И.О.)

 

 

 

 

Санкт-Петербург 
2012 год

 

Оглавление

 

  
Введение

Одной из серьезных проблем защиты природной среды при нефтегазодобыче является ликвидация нефтяного загрязнения почвы. Нефть и нефтепродукты нарушают экологическое состояние почвенных покровов и в целом деформируют структуру биоценозов. Устранение разливов нефти позволяет значительно улучшить санитарное состояние не только на территориях, непосредственно прилегающих к технологическим объектам, но и окружающей среды - воздуха и воды.

Достаточно традиционными (к сожалению) для современной цивилизации стали экологические катастрофы, связанные с наземными разливами нефтепродуктов (НП). Загрязнение такого рода негативно воздействуют на почвенный слой, поверхностные воды и геологическую среду, в том числе подземные воды. Немалая доля таких происшествий связана с авариями на нефтехранилищах и их ненадлежащей эксплуатацией. При этом даже после прекращения действия таких нефтехранилищ они на долгие годы остаются источниками загрязнений.

Проблема рекультивации земель и водных объектов в районах разлива нефтепродуктов (РРНП) часто затруднена чрезвычайно высоким уровнем их загрязнения, препятствующим деятельности углеводородокисляющей микрофлоры и естественному самоочищению. В силу высокой затратности как самих рекультивационных мероприятий, так и получения исходных исчерпывающих данных о характере загрязнения и геологии РРНП априорно избранная технология очистки почвогрунтов и подземных вод, как правило, подвергается коррекции.

Восстановление нефтезагрязненных земель является в настоящее время одним из сложных и в то же время малоизученных объектов рекультивации. Во всех мероприятиях, связанных с ликвидацией последствий загрязнения, с восстановлением нарушенных земель, необходимо исходить из главного принципа: не нанести экосистеме больший вред, чем тот, который уже нанесен при загрязнении.

Попадая в окружающую среду, ископаемые углеводороды, в частности нефть и продукты ее переработки, не только губят флору и фауну, но и наносят прямой вред здоровью человека. Положение усугубляется тем, что решение этого вопроса (как, впрочем, и большинство других экологических проблем) долгие годы откладывалось на будущее. В связи с этим нам кажется актуальным поднятие вопроса о снижение риска аварий на предприятиях, перерабатывающих нефть и занимающихся транспортировкой и распространением нефтепродуктов.

 

Методы локализации нефтезагрязнений почв

 

В таблице 2 представлена классификация современных методов локализации и ликвидации нефтезагрязнений почв.

В механических методах производится обваловка загрязненного участка и создается «запруда», чтобы ограничить растекание нефтепродукта.

Сущность локализации нефтезагрязнения природной среды с использованием физико-химических методов заключается в:

— экранировании поверхности (зеркала испарения) разлитого нефтепродукта;

— превращении разлитого нефтепродукта в гелеобразное или твердое состояние;

— обработке почвы с целью ее защиты от нефтепродукта. Экранирование поверхности разлитого нефтепродукта может обеспечить предотвращение его испарения и загорания. Для этих целей созданы пенообразователи.

В настоящее время разработаны рецептуры гелеобразных пен на основе поливинилового спирта с добавками гелеобразующего агента — хлорида железа и инициатора гелеобразования — оксида цинка. Наиболее эффективным классом пенообразователей являются универсальные фторированные пенообразователи типа «Легкая вода» (США). Разработаны и отечественные аналоги пленкообразующих пенообразователей: «Форэтол» и «Универсальный».

Интенсивность испарения можно снизить или почти полностью исключить, покрыв поверхность жидкости слоем пены, включающей поверхностно-активные вещества (ПАВ) и полиоксиалкилен-полиизоцианатный полимер. В качестве ПАВ пенный концентрат содержит неионные, катионные, анионные и амфотерные вещества, в том числе фторированные.

Разработан состав пенообразователя с низкой вязкостью, предназначенный в смеси с водой для формирования пены, используемой для покрытия зеркала испарения полярных жидкостей. В состав концентрата пенообразователя входят 4—6% лимонного пектина, 3—9% бентаина, 9—20% алкилсульфата натрия, 1—4% стабилизатора пены — фторзамещенного тиоэфира.

Для превращения разлитого на почву нефтепродукта в гелеобразное, загущенное или твердое состояния разработаны физико-химические методы с использованием структурообразователей и других химических веществ.

Принцип действия стуктурообразователей на основе алкилок-сибората лития (натрия) основан на полиассоциации алкилоксибората лития (натрия) в растворе углеводородов и эффекте сольватации. Процесс полиассоциации происходит спонтанно и очень быстро, и свойства загущенных систем зависят от свойств растворителя (углеводородов нефтепродукта).

Перспективным направлением загущения нефтепродуктов является использование двухкомпонентных систем, одним из которых является какая-либо органическая кислота или смесь кислот (например, миристиновая, пальмитиновая, стеариновая, линолевая и т. п.), другим — неорганическое основание (например, гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов.

Гелеобразование нефтепродукта можно достичь путем воздействия на нефтяные углеводороды водой и полиэфиром с изоцианатными группами. Образующийся при этом густой гель практически не проникает в глубь почвы.

Загущение нефтепродукта может быть достигнуто путем применения связывающих материалов, как правило, сорбентов.

Разработан состав, который позволяет отвердить разлитые нефтепродукты. В его составе содержится 50% и более активированного угля, 10% оксида магния или органофильной глины, 50% гидрофобного полимера с молекулярной массой 5000-30000 (например полиакриловой кислоты), 10 % оксида алюминия или кремния, 5 % силиката магния.

Осуществить защиту почвы от проникновения в нее нефтепродукта можно путем ее обработки водным раствором нетоксичного полимера — Na-соли полиакриловой кислоты.

 

 

Таблица 1

Локализация нефтезагрязнения
Механические методы   (Обваловка загрязнения)		Физико-химические методы   (пено-, пленко- гелеструктурообразователи  сорбенты)
Сбор разлившегося на почве нефтепродукта
Механические методы   Сбор в жидком виде специальным оборудованием (насосы)		Физико-химические методы   Сбор в связанном виде сорбирующими материалами (сорбционный метод )
Снижение содержания нефтепродукта в почве до остаточного уровня
Захоронение загрязненной почвы   Термические методы	Физико-химические методы   Химический Экстракционный (очистные комплексы) Дренирование почвы Пневматическое фракционирование		Биологические методы   Агротехнические мероприятия, Биопрепараты (на основе бактерий или ПАВ), Гуминовые кислоты Фитомелиорация

 

 

Санитарно-гигиенические показатели допустимого содержания нефтепродуктов в компонентах природной среды

 

В настоящее время не определены значения предельно-допустимых концентраций (ПДК) нефтепродуктов для почв. Исключение составляет бензин, ПДК которого составляет 0,1 мг/кг почвы.

В таблице 1 приведена классификация нефтезагрязнений почв сельскохозяйственного назначения в зависимости от содержания нефтепродукта в них.

 

 

 

 

 

 

Таблица 2 

Классификация нефтезагрязнений почв сельскохозяйственного назначения в зависимости от содержания нефтепродукта

Уровень	Содержание нефтепродукта в почве мг/кг почвы	Классификация нефтезагрязнения
1	Менее 1000	допустимый
2	От 1000 до 2000	Низкий
3	От 2000 до 3000	Средний
4	От 3000 до 5000	Высокий
5	Свыше 5000	Очень высокий

 

 

В соответствии с «Временным классификатором промышленных отходов и методическими рекомендациями по определению класса токсичности промышленных отходов» (Минздрав СССР, ГК НТ СССР, 1987 г.) почвы, загрязненные нефтепродуктом, относятся к 3-му классу токсичности.

Методы сбора разлившегося на почве нефтепродукта

Методы сбора разлившегося на почве нефтепродукта можно разделить на механические и физико-химические.

В механических методах сбор нефтепродукта в жидком (несвязанном виде) обычно производится с помощью «грязевых» насосов типа илосборников, позволяющих собирать нефтепродукт с любой вязкостью и содержащий значительные количества механических примесей (например, почвы).

Могут использоваться отечественные собирающие установки вакуумного типа, работающие по принципу пылесоса. Среди них вакуумные установки «ВАУ-1», «ВАУ-2», обеспечивающие сбор нефтепродукта с почвы с емкостью одной загрузки от 200 — 300 л, производительностью от 2 до 4 куб. м.

Преимущества сбора нефтепродукта с почвы с использованием собирающих установок заключается в том, что этот метод дает возможность:

— осуществления сбора нефтепродукта в срочном порядке;

— максимального сбора нефтепродукта при любых масштабах его разлива;

— сбора нефтепродукта в труднодоступных местах (например, на территориях баз и складов горючего, имеющих сложные коммуникации, на ландшафтах, заросших кустарниками, и т. п.);

— осуществить регенерацию разлитого нефтепродукта. 

Физико-химические методы предполагают сбор разлившегося на почве нефтепродукта в загущенном, гелеобразном или твердом виде после локализации разлива методами, описанными выше.

Наиболее распространенным является сорбционный метод сбора, который предусматривает использование сорбирующих материалов (песка, опилок, торфа и др.). Однако, этот метод эффективен только при сборе небольших количеств нефтепродукта с почвы. Поэтому при крупных разливах он может использоваться на этапе «досбора» топлива после применения собирающего оборудования. Разновидностью сорбционного метода является сбор нефтепродукта с почвы при значительных аварийных разливах, выходящих за пределы проливов локального значения, когда при работах на открытой местности используется обычная землеройная техника (например, экскаваторы), с помощью которой разлитое топливо вместе с почвой собирается в транспортные средства и перевозится на полигоны временного хранения (в данном случае, почва является связывающим материалом для нефтепродукта).

 

 

Методы снижения концентрации нефтепродукта в почве до остаточного уровня загрязнения

Очистка сильнозагрязненных нефтепродуктами почв может производится путем удаления загрязненного почвенного слоя с последующей его транспортировкой в места захоронения. Однако захоронения нефтесодержащих шламов в земле могут сохраняться в течение нескольких десятков лет. Это приводит к накоплению токсичных отходов и возможному поступлению нефтеотходов в грунтовые воды. Кроме того, даже в случае правильного захоронения требуется отчуждение большого количества земель, и происходит изменение структуры грунта.

Методы снижения концентрации нефтепродукта в почве до остаточного уровня можно разделить на физико-химические и биологические.

 

 

 

Физико-химические методы

Среди указанных методов — термические, химический, экстракционный, а также дренирование почвы.

1. Термические методы

Метод сжигания предполагает обжиг загрязненной нефтепродуктом почвы на месте или после ее съема в специальных печах.

Наилучшей схемой является высокотемпературное сжигание во вращающейся печи с камерой дожигания, системой утилизации тепла и многоступенчатой очисткой топочных газов. Первоначально в мельнице с помощью проходящих через нее горючих газов проводится сушка и одновременное измельчение загрязненной почвы с получением фракции 0—10 мм. При этом большая часть ядовитых веществ переходит в газовую фазу. После сушки почва совместно с газовой фазой обрабатывается при 1000—12000°С в оснащенном газовой горелкой участке. С помощью циклонного сепарирования материал отделяется от газовой фазы, которая возвращается в цикл для полного разложения ядовитых веществ. После обеззараживания почва возвращается на прежнее место.