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.